诺奖之后的青蒿素研究

瑞典卡罗琳医学院将2015年诺贝尔生理学或医学奖授予中国女药学家屠呦呦，以及另外两名科学家威廉·坎贝尔和大村智，表彰他们在寄生虫疾病治疗研究方面取得的成就。虽然青蒿素在临床上已经广泛应用，但其在机体里的药物靶点和机制并不清晰，研究其抗疟机制对进一步提高其抗疟功能有重要意义。最近几十年迅速发展起来的化学蛋白质组学技术为探寻小分子药物在细胞和机体中的作用靶点提供了强大的技术支撑。借着诺奖之风，半年多的时间就有三篇关于利用化学蛋白质组学技术寻找青蒿素作用靶点的文章发表。在感叹文章作者准确把握时机和科研速度惊人的同时，我们也应该仔细了解这些作者到底利用蛋白质组学技术帮我们看清楚了哪些机理方面的问题？

三篇文章都是把青蒿素设计成可以发生点击化学(click chemistry)的探针，然后用基于Activity-based Proteomic Profiling (ABPP)的液相色谱和质谱联用技术寻找青蒿素的靶点蛋白质，为大家进一步了解青蒿素的作用原理提供帮助。

第一篇是新加坡国立大学的Qingsong Lin在Nature Communications上发表的。他们在恶性疟原虫(P. falciparum 3D7)上鉴定到124个可以和青蒿素发生共价结合的靶点蛋白。在本文中，作者设计了一个青蒿素(Art)类似物作为探针(P1)，中间是一段较长的linker其末端连接炔基可以和带有biotin的叠氮发生点击化学反应。通过biotin富集以及胰蛋白酶解，最后在LC-MS/MS上进行蛋白质的鉴定。作者通过对”钓”出来的蛋白质组做分析，给出了一个比较合理的结论，他们认为蒿素需要血红素才能被激活，同时通过干扰多种细胞过程杀死疟原虫。

上篇文章几近完整的把以前各种机理都串在了一起，那么后续两篇文章又能从青蒿素中找到哪些新意呢？第二篇发表在ACS chemical biology上，文章作者并没有研究青蒿素在抗疟中的作用，而是大胆的去研究青蒿素对肿瘤细胞抗炎症的作用。

作者同样把青蒿素设计成一个带有炔基的探针，可以和带有叠氮的biotin或者荧光分子发生点击化学反应，在肿瘤细胞中找到80个青蒿素的靶点蛋白质。在文章中作者认为青蒿素和靶点蛋白的结合是非共价的，需要hemin激活形成共价形式。这些结论我们在上篇文章中已经见过了，那么本文的创新点可能就少了很多。在文末作者也提到了文章在被审阅的时候，其他组的文章已经被发表。

最近的一篇发在PNAS上的文章，作者把青蒿素设计成了两个探针，分别带有一个炔基和叠氮。含有炔基的青蒿素探针和含有叠氮的biotin发生铜催化的click chemistry反应；含有叠氮的青蒿素探针和DIBO-biotin发生无铜催化的click chemistry。同时用非活性的青蒿素类似物作为背景，同时被两种探针标记到的恶性疟原虫蛋白质有42个。主要结论是找到了一些新的具有重要功能的靶蛋白，包括DNA合成、蛋白合成和脂质合成蛋白等，但并没有进一步对这些靶点蛋白在抗疟过程中起到的具体作用进行研究。

三篇文章的青蒿素探针大同小异，研究套路也是比较传统的化学蛋白质组学的方法。都各自找到了一些认为重要的蛋白。值得深思的是，面对比较重要的疟原虫的抗药性问题，却没有人来回答这个问题。

反而年初的一篇Nature试图来解决这一实际问题。斯坦福大学Matthew Bogyo课题组近年来发表了很多关于蛋白酶体抑制剂的工作，他们的目标是找到一种专一抑制疟原虫蛋白酶体，而对于人的蛋白酶体没有显著抑制作用的抑制剂，以期找到新型的抗疟药。在这篇Nature中，Bogyo课题组报道了一个新的疟原虫蛋白酶体专一的抑制剂的设计过程，他们使用短肽来模拟切割过渡态，筛选短肽库，辅以结构信息，得到对疟原虫蛋白酶体选择性抑制的短肽。然后他们拿到了3.6埃的疟原虫蛋白酶体抑制剂复合物的单分子冷冻电镜结构。

综上所述，利用化学蛋白质组学技术确实找到了很多可能的青蒿素作用靶点蛋白，为生物学家和医学家进一步研究其功能提供了较为庞大的数据库。但具体这些作用靶点的可靠性以及功能都还有待考证，希望在不久的将来能有更多的科学家参与到青蒿素的机制研究，让大家更加深入地了解咱们国家的科学宝藏。

参考文献：

1、Ismail, H. M. et al., Artemisinin activity-based probes identify multiple molecular targets within the asexual stage of the malaria parasites Plasmodium falciparum 3D7. P NATL ACAD SCI USA 113 2080 (2016).

2、Wang, J. et al., Haem-activated promiscuous targeting of artemisinin in Plasmodium falciparum. NAT COMMUN 6 (2015).

3、Li, H. et al., Structure- and function-based design of Plasmodium-selective proteasome inhibitors. NATURE 530 233 (2016).

4、Zhou, Y., Li, W. & Xiao, Y., Profiling of Multiple Targets of Artemisinin Activated by Hemin in Cancer Cell Proteome. ACS CHEM BIOL 11 882 (2016).