第二回 Rich information, Deeper Insights - Biacore 结合动力学在癌症中的应用

自人类基因组项目完成以来，编码于基因天书中的秘密正逐步被揭示，研究人员又面临着新的巨大挑战-解读基因编码的蛋白质之间相互作用所构成的复杂网络。随着基础研究和临床实践的开展，人们越来越清楚的意识到，生物分子之间彼此高度有序的相互作用，决定了细胞的命运，如增殖、分化和死亡。蛋白质、核酸之间的相互作用严格的控制着DNA的复制、RNA转录、蛋白质翻译、大分子物质聚集与降解以及胞内的信号转导网络。可以说，分子相互作用是所有生物机体保持正常生物功能的基础。而威胁当今人类健康的多种疾病，如心脑血管疾病、神经退行性疾病、传染性疾病以及已列为我国头号健康杀手的癌症，其病因正与机体内生物分子间相互作用的异常改变密切相关。因此，透彻了解生物分子间相互作用的发生条件、过程以及调控机制、将有助于阐明疾病发生的分子机理并有助于寻找治疗的药物。

干扰或逃避细胞正常程序性死亡或者凋亡途径是肿瘤细胞的一个特征，它使得肿瘤细胞在从原发病灶迁出的转移过程中得以存活下来。结合基因工程与分子生物学技术，发现、了解并确认那些参与细胞周期调控、基因转录、细胞分裂与凋亡现象的信号转导途径，精确定位那些参与损害坏细胞正常程序性死亡以及导致凋亡逃逸的蛋白分子的关键调控基序(motif)和结构域(domain)，将有助于发现针对乳腺癌   ^[1,4]   、前列腺癌  ^[2,3]  、卵巢癌 ^[5.6,7] 、结肠癌^[8,9]、  胰腺癌^[10,11,12]等癌症发生相关的生物标志物，有助于肿瘤研究人员结合临床样本分析设计出有效的诊断试剂和肿瘤拮抗剂。 

深入了解肿瘤和癌症发生机理、确认和定量临床样本中的生物标志物(Biomarker)以及基于此进行的诊断试剂和药物开发的过程非常复杂^[13]，通常需要多种技术的相互验证，如ELISA, 免疫印迹、免疫沉淀、荧光共振能量转移(FRET)、表面等离子体共振(SPR)、NMR、EMSA（凝胶阻滞电泳）以及质谱等技术，寻找相互作用的孤对配体（Orphan Ligand）^[14,15,16]、比较信号分子以及药物-靶标之间的作用强度、稳定性以及在不同内环境下，包括pH值，辅助因子、盐浓度等情况下分子相互作用的性状改变。一般来说，亲和力和IC50通常是研究者所关注的主要指标，然而，这些参数通常是在稳态状态下获得的，而生物分子间随处可见的相互作用却是非常动态的，仅仅根据稳态时的性状很多时候会忽视多种潜在的药物候选物或者无法对现象进行合理的解释。一种针对卵巢癌和结肠癌细胞过表达的HER2/neu致癌基因开发的抗癌的短肽模拟物就亲和力而言较其全抗体稍弱，但其在药靶上的滞留时间(稳定性)却没有减弱,与此同时,由于其较小的尺寸和人源性, 大大降低了后期的免疫原性问题   ^[17]   ；通过干扰Ras蛋白的嵌膜作用,研究者阻断了由Ras致癌基因介导的级联信号，并可以基于此指导后续的药物设计  ^[18]  ；通过点突变蛋白与受体的互作分析，研究者分析了凋亡蛋白与通过受体介导的两条通路 ^[19] ；在酵母双 杂交和免疫共沉淀之后定量验证这些结论，揭示结肠癌腺瘤样息肉蛋白与胞内其他蛋白的作用模式^[20]；发现信号  转导通路中影响正常有丝分裂的特定蛋白质 ^[21] ；基于DNA突变检测癌症^[22]；这些都得益于能够实时、无需标记的分子间互作分 析技术，如基于表面等离子体共振技术的Biacore技术。 

基于表面等离子体共振技术(SPR)的代表Biacore是最早商业化的生物传感器技术，自1990年第一台Biacore生物传感器问世以来，便在全球学术界和制药领域获取了肯定和很高的声誉，也一直被公认是结合动力学和无标记互作分析技术的金标准。迄今为止，基于Biacore系统发表的关于分子互作方面的文献已超过15000篇，占生物传感器总文献量的93%以上^[23]，并以目前大约每年超过1000篇的速度增长。Biacore提供的结合动力学能够从分子间识别能力和稳定性的角度对信号通路组分及药靶互作的性质进行表征和优化，从而提高药物特异性、药效和临床阶段的安全性。结合动力学以相比于传统技术能够提供更加丰富的内涵信息，更深入的定量了解分子互作本质的优势已经被用于了解癌症和肿瘤发生机理、临床诊断试剂、药物筛选、药物优化以及药物临床前以及临床的安全评价中。应用结合动力学(Binding Kinetics)为我们提供丰富的数据，将改变我们以往可能知其然而不知其所以然的尴尬局面，从而减少临床诊断开发和新药研发中的弯路^[24]。