药物发现的表型与靶标筛选

在过去的二十年中，基于靶标的筛选一直是药物发现的首选方法，但是表型筛选正在经历某种复兴。我们着眼于两者的优势和应用。

每种筛选方法都包含哪些内容?

今天的许多药物都是通过表型筛选发现的——测试细胞、分离组织或器官或动物中的分子，看看它是否能产生预期的效果。药物发挥作用的实际机制——它的靶点——通常是在以后确定的，有时是在很多年之后才确定的。

从历史上看，当涉及到识别一流药物时，表型筛选具有轻微的优势，而基于靶标的筛选产生了更多的一流药物。¹这归因于在确定药物的作用机制时缺乏偏见。但是表型分析在鉴别细胞活性化合物方面也更有利，他说伊丽莎白·夏洛教授来自美国弗吉尼亚大学医学院。

“表型分析具有挑战性，因为通常需要复杂的下游目标反褶积方法，”她说。“而且，在某些情况下，它们的实施也更耗时，从长远来看可能会影响吞吐量。所有这些都需要考虑到整体筛查模式和筛查策略的成本。”

这种吞吐量的缺乏，伴随着基因组学的革命，导致制药公司和学术界多年来采用“目标优先”的方法，即使用已知在疾病过程中重要的分子来筛选大量的化合物文库，以寻找“命中”-候选药物。这种方法的一个优点是，你可以筛选数百万个类似药物的分子，知道如果你成功了，你就已经有了一个接近成为潜在药物的候选分子。

Sharlow教授指出:“一般来说，基于靶标的检测方法耗时更少，但有时会受到酶活性等标准读数的挑战。”“然后还有更复杂的基于靶标的分析，例如基于蛋白质-蛋白质相互作用的分析，虽然在生理学上更有趣，但实施起来要复杂得多。

她说，最终，这两种筛选策略对于化学探针和/或药物发现都是有价值和必要的，而且通常，一种特定的筛选策略取决于你拥有的资源。

然而，从药物发现的角度来看，表型筛选似乎有了轻微的复苏。

最佳点-结合靶向表型方法

“在细胞环境下进行药物发现筛选已经回答了一些困扰药物发现过程的问题，比如‘我如何使其更容易溶解?，或者“我怎么把这个放进细胞里?”“说迈克·豪厄尔博士英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所筛选主任。“如果你是一名药物化学家，你可能会正确地认为，你可以用你的魔法来制造不太容易溶解或不太容易进入细胞的东西，更好地进入细胞。但有一种感觉，如果你从一个好的基于细胞的试验开始，那么你就可以通过设计跳过一些固有的障碍。”

豪厄尔说，最佳点是这两种方法越来越多地结合在一起。“许多人想要一个屏幕来观察细胞环境中蛋白质的活性或定位——所以它在一定程度上既是基于靶标的，也是表现型的。”

在弗朗西斯克里克研究所，Howell解释说，他们错误地采用了表型方法，因为他们主要使用基于细胞的分析，这些分析对特定过程具有所有细胞影响，但他们将主要研究该过程的一个方面，例如下游目标的磷酸化。“我们使用基于细胞的高含量图像分析。这意味着你可以测量多个细胞读数，既可以量化主要目标反应，也可以使用额外的表型数据对这些反应进行分类，这些额外的特征可能会告诉你更多关于你打算研究的过程的信息。”

表现型筛选——下一个层次

这两种方法的结合是由于技术的进步，可以更微妙地操纵细胞中的分子过程。“我们生活在这样一个时代，我们已经经历了一种使用siRNA敲除基因的方法，现在每个人都在使用CRISPR。值得注意的一点是人们看到的不同结果。它只是强调了没有一个完美的技术，因为他们每个人都以不同的方式提出不同的问题，”豪厄尔说。

Howell说，CRISPR开启了一系列以前不可能探索的问题，比如实时跟踪染色体丢失或错误分离。简单的过表达筛选曾经很困难，因为它们需要转染cdna并在比必要水平高得多的水平上过表达，现在更容易控制。一系列新型CRISPR技术的可用性和使用，现在可以生成适合传统高通量筛选的细胞模型，但更接近于患病细胞状态的模型。我并不是说这很容易，但这些事情现在是可能的。”

生物检测总是答案吗?

那么，怎样才能使这些筛查方法更上一层楼呢?Sharlow引用了更多生理学相关的检测系统的使用，如诱导多能干细胞和类器官，这是令人兴奋的，并且愿意在更小的范围内进行筛选(与筛选数百万种化学型相比)。“这允许使用复杂的分析读数，包括3D配置，并有助于将技术更高地转化为临床。”

豪厄尔说，在癌症等疾病过程中，将免疫系统的影响纳入筛查将是非常重要的。“下一代表型筛查确实必须包括一些其他方法，包括多细胞环境、3D环境、其他组织的影响、其他系统的影响。”

但是，在不必要的情况下，也有可能使筛查过于复杂，豪厄尔警告说:“人们总是希望做最真实的检测，或者尽可能接近现实生活。总是值得质疑的是，是否有证据支持这样做的必要性，或者我们是否只是通过困难来做一些让人觉得高尚的事情。在某种程度上，这取决于你想要得到的信息是什么。如果你想为人类制造一种药物，我认为一个更复杂的实验最终可能会提供更多信息。如果你试图发现你最喜欢的亚细胞系统的一些东西，你可以用它来做你的研究，那么也许它不是。”

答案是，全面的筛选策略将包括靶向和表型分析，其中一种格式指定为主要筛选，另一种格式指定为次要或后续分析。

豪厄尔总结道:“你总是可以争辩说，表型分析会提供更丰富的信息，但世界仍然需要制造与特定蛋白质结合的特定分子。”答案不是使用其中一个，而是两者都需要。”

参考
1.Swinney, d.c.(2013)。表型vs.基于靶标的药物发现的一流药物。中国临床药理学杂志，2009(4)，391 - 391。doi: 10.1038 / clpt.2012.236