当小分子不再占据激酶活性口袋,而是化身“分子桥梁”—— 我们会发现什么?

所属分类: 技术干货

发布时间: 2026-05-29

概要: 换个角度做研究:让小分子从“占位者”变为“搭桥者”,激酶药物研发的新大陆




近期读到一篇刚发表在 ACS Central Science 上的文章,思路让我眼前一亮。

传统的激酶抑制剂,无论是ATP竞争性抑制剂(如伊马替尼)还是变构抑制剂(如阿西米尼),都是“占位驱动”—— 药物必须牢牢占住靶点的某个口袋,才能阻止它干活。一旦药物浓度下降或靶点突变导致结合力减弱,抑制作用就消失了。

但这篇文章讲的是另一条路:事件驱动。

今天我们就来拆解这项研究的底层逻辑,并回答一个对科研人最实用的问题:什么情况下,我可以复制这个思路?

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一、从“占据”到“诱导”:小分子作用逻辑的一次范式转换


传统激酶抑制剂的设计逻辑非常直接:小分子通过占据活性口袋或变构位点,持续阻断激酶的催化功能。这是一种“occupancy-driven”机制 —— 药物分子必须始终结合在靶点上才能维持疗效。这也解释了为何结合位点的单点突变(如T315I对伊马替尼的抵抗)即可使药物彻底失效。

然而,2026年发表在ACS Central Science上的一项工作展示了一条完全不同的路径。

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他们设计的分子BRD8833并不“占住”激酶的活性位点,而是作为一个分子桥梁,将两个BCR-ABL激酶拉近,诱导它们相互在对方的抑制性位点上加上一个磷酸基团。

—— 换句话说,利用激酶自身的催化活性,去抑制激酶自己。

这是一种“event-driven”机制:药物分子只需短暂“撮合”一次事件,抑制性修饰即可持续存在,无需持续占据靶点。

二、核心逻辑拆解:从生物学灵感到化学实现


在拆解BRD8833的设计逻辑之前,有必要先交代一个关键的生物学背景:

细胞其实早就知道怎么“关掉”一个过度活跃的激酶。比如,周期蛋白依赖性激酶CDK2的活性位点附近有一个Tyr15,当它被磷酸化后,整个活性中心的电场分布发生改变,激酶就“罢工”了。这是一种天然存在的负反馈调控。

ABL激酶的P-loop上有一个类似的位点 —— Tyr253。过去的研究已经表明,Y253的磷酸化会显著降低BCR-ABL的致癌活性。问题在于:在癌细胞中,BCR-ABL是组成型活化的,它不会自己乖乖地在这个位点上被抑制。

那么,能不能人为地诱导这个抑制性事件发生?这就引出了文章的三步核心逻辑。

第一步:选对“开关”位点

不是随便找个位点磷酸化就能抑制激酶。作者首先需要确认:Y253 的磷酸化确实是一个“功能开关”。他们查阅了既往文献,并且用质谱验证了在BRD8833处理后Y253磷酸化水平显著上升,而下游的活化位点(pY70、pY226、pY393)磷酸化则下降。这说明Y253是一个上游抑制性节点 —— 把它“锁上”,整条信号链就断了。

所以,第一步的实质是:在靶点蛋白上找到一个已知的、天然的抑制性磷酸化位点。这个位点最好位于活性中心的P-loop或催化环附近,因为那里的磷酸化会直接干扰ATP结合或底物识别。

第二步:设计一个“二聚化”小分子

有了目标位点,下一个问题是:怎么让Y253被磷酸化?磷酸化需要激酶和底物在空间上足够接近。既然BCR-ABL本身就是一个激酶,最好的底物可能就是另一个BCR-ABL分子 —— 同源二聚化后,它们可以相互磷酸化。

因此,作者设计了一个同源二聚体分子BRD8833。它的两个“臂”分别结合两个BCR-ABL分子的肉豆蔻酰变构口袋(一个不干扰激酶活性的结合位点),中间用PEG连接子拉开合适的距离。这个设计的关键在于:结合事件本身不会抑制激酶活性,只是把两个激酶拉到一起。剩下的磷酸化反应,完全交给激酶自己去完成。

实验证据链条很清晰:

  • TR-FRET证实BRD8833确实结合在预期的变构口袋;

  • NanoBiT细胞实验显示出典型的二聚化信号,且有“hook effect”(过量药物反而信号下降,这是邻近诱导的经典特征)

  • 质谱直接检测到Y253磷酸化水平上升,而单体对照分子没有这个效果。

第三步:让药物“催化”而非“占有”

这是最有意思的部分。BRD8833的EC50(杀K562细胞)是69 nM,但完全占据所有结合位点需要的浓度高约20倍 —— 说明一个药物分子可以催化多个BCR-ABL分子的抑制性磷酸化,然后离开。这个机制与 PROTAC(诱导降解)有异曲同工之妙,但作用结果是“修饰”而非“降解”,而且不依赖外源的 E3 连接酶,完全利用靶点自身的酶活性。

三、什么情况可以借用这个思路?


如果你的靶点满足这三条,就可以考虑:把一个“底物对接肽”或“磷酸化引导序列”嫁接到一个结合分子上,诱导某个内源性激酶去磷酸化你的靶点 —— 这不一定是同源二聚化,也可以是异源二聚化(比如招募SRC家族激酶去磷酸化某个癌蛋白)。

四、落地闭环:一个从问题到验证的实战路线图


以下是一套可以执行的研究闭环:

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五、蛋白质组学技术在这篇文章中的“三连击”


这篇文章不是只用了一个组学技术,而是有层次地用三种蛋白质组学方法回答不同问题,这一点值得学习:

1. 目的蛋白磷酸化位点鉴定

 —— 直接锁定Y253抑制性修饰


用LC-MS/MS分析免疫沉淀下来的BCR-ABL,直接鉴定到Y253磷酸化在BRD8833处理后显著上升。不用抗体(因为Y253p抗体可能不特异),而是用质谱确证了修饰位点。



启发:

当你的靶点没有好的磷酸化抗体时,质谱是最直接的证据。而且可以同时看到其他位点的变化(比如他们发现pY70、pY226、pY393反而下降,说明功能确实被抑制)。

2. TMT标记全局蛋白质组学 

 —— 区分靶向抑制与非特异性细胞毒性


他们做了全蛋白质组丰度分析,发现BRD8833处理后,除了BCR-ABL自身磷酸化状态改变外,其他蛋白表达整体变化极小。这排除了“细胞被非特异性毒死”的可能。



启发:

新机制药物往往被质疑选择性。一个TMT标记的全局蛋白组实验(2-4小时质谱)可以在早期给出定心丸。

3. 化学蛋白质组学:

确证药物-靶点直接结合与参与


他们用了TR-FRET探针竞争法(CoraFluor系统)—— 一种无需固定化的靶点参与分析。BRD8833剂量依赖性地置换探针,证明它确实结合在肉豆蔻酰口袋。



启发:

对于没有共晶结构的早期分子,TR-FRET或nanoBRET是非常高效的目标参与度验证工具,比传统的pull-down更定量、更生理。

六、一个让你可能忽略的亮点:耐药突变是完全不同的


研究者做了CRISPR抑制子扫描 —— 用一个覆盖ABL全基因的sgRNA库,在药物压力下筛选富集的突变。

结果很有意思:

  • asciminib(临床变构抑制剂)耐药突变集中在D504、K508附近(药物结合界面)

  • BRD8833的耐药突变分散在N670、S676、L686(更远的区域,且多为移码大片段缺失)

更关键的是:asciminib耐药的细胞对BRD8833仍然敏感,反过来也成立。

这意味着即使临床上出现了对asciminib耐药的突变,BRD8833可能仍然有效。

写在最后:这个思路还能怎么“迁移”?


我个人认为,这篇文章最值得借鉴的不是BRD8833本身,而是它的逻辑框架:

用一个分子把“修饰酶”和“底物”拉到一起,让修饰酶对底物做一个“抑制性修饰”。

你不需要局限于“激酶—磷酸化”。可以是:

  • E3连接酶—泛素化(这是PROTAC,已经成熟)

  • 去泛素化酶—去泛素化(DUBTAC,保护蛋白)

  • 乙酰转移酶/去乙酰化酶(调控表观或蛋白稳定性)

  • 甲基转移酶(调控转录因子活性)

只要你手头有一个能结合靶点的分子,和一个能结合某种修饰酶的配体,你就可以做一个“化学诱导的邻近”分子 —— 去诱导任何一种翻译后修饰。

希望今天的思路解析可以给大家的研究提供一些新的方向~

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参考文献

  • Merz ML, Shoba VM, Pergu R, et al. Proximity-Induced Rewiring of Oncogenic Kinase Triggers Apoptosis. ACS Cent Sci. 2026;12(4):473-483. Published 2026 Apr 9. doi:10.1021/acscentsci.5c02202

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