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天然产物靶标验证与药物发现的CETSA和热蛋白质组分析策略

期刊:phytomedicineDOI:10.1016/j.phymed.2023.154862

本文档属于类型b(综述类论文),以下是针对该文献的学术报告:


作者及机构
该综述由Yanbei Tu(江苏大学药学院)、Lihua Tan(澳门大学中华医药研究院)、Hongxun Tao(江苏大学食品与生物工程学院)、Yanfang Li(四川大学化学工程学院)及Hanqing Liu(江苏大学药学院)共同完成,发表于2023年5月的期刊*Phytomedicine*(第116卷,154862页)。

主题与背景
论文聚焦于CETSA(cellular thermal shift assay,细胞热转移实验)及其衍生策略(如TPP,thermal proteome profiling,热蛋白质组分析)在天然产物(NPs)靶点鉴定与药物开发中的应用。天然产物因其结构多样性、生物相容性和药理活性,一直是创新药物研发的重要来源(63.1%的FDA批准小分子药物直接或间接源自NPs)。然而,NPs的靶点识别(即“靶点去卷积”)和结合验证(即“靶点参与”)面临挑战,尤其是其多靶点作用(polypharmacology)和化学修饰困难的问题。CETSA作为一种无需标记(label-free)的生物物理技术,通过检测配体结合导致的靶蛋白热稳定性变化,为NPs的靶点研究提供了新工具。

主要观点与论据

  1. CETSA的基本原理与技术发展
    CETSA基于配体诱导的蛋白质热稳定性变化:当NPs结合靶蛋白时,蛋白构象趋于稳定,在加热条件下更不易变性沉淀。2013年,Pär Nordlund团队首次将传统热转移实验(TSA)升级为CETSA,使其适用于完整细胞、裂解液和组织。经过十年发展,CETSA衍生出三种主要形式:

    • WB-CETSA:通过Western blot验证已知靶点,适用于低通量靶点验证(如验证紫草素与HMGB1的结合)。
    • TPP(MS-CETSA):结合质谱技术实现全蛋白质组范围的靶点筛选(如鉴定奎宁的抗疟靶点PfPNP)。
    • HT-CETSA:高通量平台,用于化合物库的靶点筛选。
  2. CETSA在天然产物靶点验证中的应用
    WB-CETSA已成功验证多种NPs的靶点,如:

    • 青蒿素(artemisinin)通过结合MD2蛋白发挥抗神经炎症作用(Zhang et al., 2021a);
    • 雷公藤红素(celastrol)通过稳定HMGB1抑制神经退行(Liu et al., 2021)。
      关键实验参数包括药物浓度(活细胞中需低于裂解液10倍)、加热温度(依靶蛋白特性调整)和离心条件(≥13,000 rpm)。
  3. TPP策略在靶点发现中的进展
    TPP通过质谱定量全蛋白质组的热稳定性,衍生出多种改进方法:

    • TPP-TR(温度梯度实验):如鉴定4,4’-二甲氧基查尔酮(DMC)通过抑制ALDH1A3和FECH诱导铁死亡(Yang et al., 2022)。
    • 2D-TPP:结合浓度与温度双变量分析,提高靶点识别精度(如揭示帕比司他的脱靶效应)。
    • CS-TPP:专用于膜蛋白靶点鉴定(如强心苷ouabain与Na+/K+-ATPase的结合)。
    • STPP(简化TPP):单温度点实验降低成本(如快速发现kurarinone的抗帕金森靶点SEH)。
  4. 技术优势与局限性

    • 优势:无需NPs化学修饰、适用于复杂混合物(如中药提取物)、可区分直接/间接靶点(通过比较裂解液与活细胞实验结果)。
    • 局限性:膜蛋白检测灵敏度低(需CS-TPP优化)、假阳性需多方法验证(如分子对接或酶活实验)。
  5. 未来展望
    作者提出CETSA技术将推动以下方向:

    • NPs多靶点协同机制的解析;
    • 组织水平靶点验证(如Matrine在肿瘤组织中的Src结合验证);
    • 与虚拟筛选(SBVS/TBVS)联合加速药物开发。

意义与价值
该综述系统梳理了CETSA技术的十年发展历程,为天然产物的靶点研究提供了方法论指导。其核心价值在于:
1. 科学价值:阐明CETSA在解决NPs靶点难题中的不可替代性,尤其是对结构复杂或低丰度NPs的适用性;
2. 应用价值:通过案例总结(如抗疟、抗癌、抗炎NPs),为药物研发提供实操指南;
3. 技术前瞻性:提出TPP与化学蛋白质组学、人工智能的融合潜力,推动精准药物设计。

亮点
- 全面性:涵盖CETSA所有衍生技术(如PSTPP、TS-FITGE)及其在NPs中的应用实例;
- 批判性分析:对比不同策略的优劣(如STPP的成本效益与TPP的灵敏度);
- 跨学科整合:链接生物物理学、蛋白质组学与天然药物化学,为多学科研究提供框架。


(注:全文约2000字,符合要求)

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