药物直接/间接靶点的实验鉴定方法与5个易混淆认知
所属分类: 技术干货
发布时间: 2026-06-18
概要: 怎么用实验实锤一个靶点是直接结合,还是间接调控?哪些看似“间接”的机制,其实本质上还是直接靶点?
上篇和大家系统梳理了直接物理结合靶点与间接调节靶点的本质差异,把分子层面、结构层面、动力学层面的边界理清楚后,接下来最核心的就是落到实验设计上 —— 怎么用实验实锤一个靶点是直接结合,还是间接调控?以及哪些看似“间接”的机制,其实本质上还是直接靶点?
这篇我就把自己整理的实验鉴定方案,以及几个认知陷阱分享出来,都是我开题前反复核对过的实操要点。

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01 实操指南:两类靶点的实验判断方法
我一直觉得两类靶点的验证逻辑从根上就不一样:找直接靶点,核心是抓物理结合的实锤证据;找间接靶点,核心是梳理信号传导的因果链条。下面分开说,也会聊聊我自己课题里的技术选型思路。
这类技术的底层逻辑高度统一:捕捉药物结合后,靶蛋白物理化学性质的改变。
我按从单靶点验证到全局筛选的顺序整理了常用方案。
1. 细胞热位移分析(CETSA)
&热蛋白质组学(TPP)
CETSA是我预实验最先打算上手的技术,对新手友好,也最贴近生理状态。
它的原理很直白:小分子特异性结合靶蛋白后,会提升蛋白的热稳定性,让它需要更高温度才会变性沉淀。
操作上就是把细胞裂解液和药物共孵育平衡后,做温度梯度加热,离心去除变性沉淀,最后用WB检测上清中剩余的可溶性靶蛋白。只要加药组的热熔解曲线明显向高温偏移,基本就能锁定直接结合的证据。
它最大的好处是不需要修饰药物,既能用裂解液做,也能直接在活细胞里测靶点占用率,对样品的要求也没那么苛刻。
技术升级
如果是完全没有预设靶点的全新化合物,我会优先上TPP(热蛋白质组学)—— 它本质就是CETSA的全蛋白质组升级版本。
原理和CETSA完全一致,区别是不用WB检测单个蛋白,而是用定量质谱一次性分析整个蛋白质组的可溶性变化,无偏地筛出所有热稳定性发生显著偏移的蛋白。
我特别看重它的两个优势:
一是全程无标记,完全不用改造药物分子,避免了探针设计带来的偏差;
二是一次实验就能拿到全局候选靶点清单,特别适合表型筛选出来的未知机制化合物做初筛。我自己的规划是:先用TPP缩小靶点范围,再针对候选分子用CETSA做单蛋白验证,效率会比一个个试高很多。
DARTS和CETSA思路同源,但检测维度不同:它看的是蛋白对蛋白酶水解的抗性变化。
药物结合蛋白后,一方面会让蛋白构象更紧密,另一方面会物理遮挡酶切位点,让蛋白更不容易被蛋白酶降解。实验操作就是蛋白和药物孵育后,加低浓度广谱蛋白酶做限制性酶解,再用电泳看条带强度差异。
它同样是无标签技术,特别适合那些结构不好修饰的天然产物。唯一要注意的是必须设内参排除药物直接抑制蛋白酶活性的假阳性,这点我看文献时发现不少人都踩过坑。
技术升级
和DARTS对应的进阶质谱技术是LiP-MS。
核心逻辑和DARTS一致:药物结合改变蛋白构象,导致酶切位点的暴露程度出现差异。区别是DARTS只能看整条蛋白的降解程度,LiP-MS则通过高精度质谱检测酶切后的肽段图谱,不仅能鉴定靶蛋白,甚至能精准定位到药物结合的结构域。
对我来说它最大的优势是:既保留了DARTS无标记、不用改药的优点,又把分辨率从整条蛋白提升到了肽段水平,还能做全局无偏筛选。尤其是做天然产物靶点研究,不用像PAL那样费力气设计探针,门槛低了很多,假阳性也相对可控。
这是体外结合验证的「金标准」,能一次性测出解离常数Kd、焓变、熵变等全套热力学参数,数据最严谨。但它的局限性也很明显:对蛋白纯度、溶解度、浓度要求极高,通量很低,不适合大规模初筛。
我自己的安排是等前面的技术锁定靶点后,再用ITC做定量的亲和力表征,作为最终的实锤证据。
如果需要精确定位药物在蛋白上的结合位点,PAL是很成熟的方案。
简单说就是在原药骨架上加上光活性基团和报告标签,与细胞共孵育后紫外照射,让探针和靶蛋白形成不可逆共价键,再富集做质谱鉴定,能定位到具体的氨基酸位点。
它的痛点是探针设计门槛高,修饰后的药物可能改变原始结合模式,必须设置过量原药的竞争对照组来排除假阳性,更适合有一定靶点基础后的深度机制研究。
间接靶点的验证,核心不是「找结合」,而是证明「这个分子的变化,是药物作用于直接靶点后,通过信号通路传导产生的结果」。我自己梳理了一套三步逻辑:
1. 时序组学初筛:
给药后按多个时间点取样,做RNA-seq或定量蛋白质组。通常变化出现越晚、涉及通路越广的分子,越大概率是间接效应靶点 —— 毕竟直接结合是瞬时的,转录翻译层面的变化必然有延迟。
2. 网络推演层级:
把差异分子投射到蛋白互作网络中,用网络传播算法推演上下游关系,区分哪些是靠近上游的扰动源,哪些是下游的效应端,初步梳理出通路链条。
3. 基因干预闭环:
用CRISPR或siRNA敲低通路中的中继分子,如果药物诱导的表型随之消失,同时又证实药物和该蛋白没有直接结合,就能严谨地判定它是间接调节靶点。
02 五大易混淆的靶点认知
这段时间查文献、跟实验室同门交流,我发现哪怕是做了挺久靶点研究的人,也容易在这几个特殊机制上搞混概念。
这是最高发的误区,我一开始也差点搞错。很多人觉得变构剂不结合正构活性位点,是通过构象变化「间接」影响功能,就归为间接靶点。
其实完全不是。变构调节剂结合的是同一蛋白上的变构位点,虽然位置和正构位点不同,但和目标蛋白发生了确凿的物理结合,当然属于直接靶点。
大家混淆的根源,是把「蛋白内部构象传导的路径」,当成了「药物与靶点的间接关系」。
容易造成误判的还有两个实验表象:
一是经典的放射性配体竞争实验呈假阴性,因为结合位点不同,根本无法互相置换;
二是部分正向变构剂本身没有激动活性,只有天然配体存在时才起效,很像依赖其他通路的间接机制。
其实验证很简单:CETSA、ITC都能测出明确的结合信号;功能实验中,变构剂会让剂量-反应曲线出现特征性的非平行偏移,和正构拮抗剂的平行右移完全不同。
现在靶向蛋白降解很火,不少人会默认:分子胶先结合E3泛素连接酶,再招募底物降解,所以只有E3是直接靶点,底物是间接靶点。
这是对三元复合物结构的误解。从晶体结构看,稳定的三元复合物中,分子胶同时楔入了E3连接酶和底物蛋白的交界面,和二者都有直接的原子接触与物理结合。因此底物蛋白和E3连接酶一样,都属于协同直接靶点。
真正容易混淆的,是底物降解后引发的下游大量基因表达变化,这些继发的效应分子才是真正的间接靶点,很容易被误判成药物的新靶点。
前药本身没有活性,必须在体内经代谢酶剪切释放出原型药才能起效。如果直接拿原始前药去做纯蛋白结合实验,大概率测不到信号,很容易让人误以为是间接起效。
这本质是实验设计的坑,不是药物机制的问题。真正结合靶点的是代谢活化后的原型药物,前药带着修饰基团结构不匹配,自然塞不进口袋。
蛋白-蛋白相互作用(PPI)抑制剂结合在两个蛋白的接触界面,破坏二聚体形成。实验中看到复合物解体、下游通路全线变化,很容易让人觉得药物靶向了好几个蛋白。
按严格的物理化学定义,PPI抑制剂的直接靶点,是真正提供了小分子结合口袋的那个单体蛋白;如果是两个蛋白贴合后才形成的界面联合口袋,那二者共同构成直接靶点。复合物解体带来的下游变化,全都是间接效应,不能算成药物靶点。
最典型的就是mTOR抑制剂:用药后下游信号下降,但上游的IRS蛋白磷酸化反而升高,不少人会觉得药物同时直接激动了上游受体。
这其实是细胞负反馈代偿造成的假象。药物只专一性阻断了mTOR,但mTOR本来负责对上游激酶做负向抑制,相当于一个刹车;mTOR被抑制后刹车失灵,上游激酶就会代偿性过度激活。这是系统网络的被动反馈,和药物的直接作用没有关系。
一点个人心得
整理完这上下两篇的内容,我自己的实验设计思路也清晰了很多。做靶点研究最忌讳的就是被表型牵着走,看到某个蛋白变化了就默认它是靶点。
直接靶点要靠生物物理实验拿实锤,间接靶点要靠通路干预证因果,再配合多维度的正交实验相互印证,才能避开这些认知陷阱,真正锁定药物的作用靶标。
接下来我就按这个框架去做预实验了,后续有踩坑的经验再继续和大家分享。也欢迎同在做靶点研究的朋友聊聊你们遇到过的误区。

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参考文献
1. Wang A, Wang Y, Peng H, Zhang H, Cheng C, Zhao J, et al. NP-TCMtarget: a network pharmacology platform for exploring mechanisms of action of Traditional Chinese Medicine. Brief Bioinform. 2024;25(1):bbaf078.
2. Walter P, Metzger J, Thiel C, Helms V. Predicting where small molecules bind at protein-protein interfaces. PLoS ONE. 2013;8(3):e85883.
3. BenchChem Technical Support Team. Application notes and protocols: Cellular Thermal Shift Assay (CETSA) for target engagement of (4-chlorophenyl)-[4-(8-nitroquinolin-5-yl)piperazin-1-yl]methanone. BenchChem. April 2026. Accessed June 15, 2026
4. Wang A, Peng H, Wang Y, Zhang H, Cheng C, Zhao J, et al. NP-TCMtarget: a network pharmacology platform for exploring mechanisms of action of traditional Chinese medicine. Brief Bioinform. 2024;25(1):bbaf078.
5. (No authors listed). Cellular thermal shift assay (CETSA) for SLC16A1 and SLC1A2. ACS Chem Biol. 2018;13(6):1480-1486.
6. Burton NR, Kim P, Backus KM. Photoaffinity labelling strategies for mapping the small molecule-protein interactome. Org Biomol Chem. 2021;19(36):7792-7809.

关键词: 药物直接/间接靶点的实验鉴定方法与5个易混淆认知
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