2023年10月30日，德国慕尼黑工业大学的 Bernhard Kuster 团队在 Nature Chemical Biology 上发表了新的文章 Chemical proteomics reveals the target landscape of 1,000 kinase inhibitors 。
文章介绍了一项关于激酶抑制剂（kinase inhibitor）的研究。研究人员通过高通量的化学蛋白质组学方法（固定化激酶抑制剂Kinobeads)，系统地描述了癌细胞系中，1,183种作为工具化合物的激酶抑制剂在接近生理条件下的靶标结合和选择性，发现了多个具有潜在生物学活性和选择性的潜在药物化合物，包括以 SYK、CK2 和 PKN3 等蛋白激酶为靶标的新型化合物。
目前，医药化学领域已经发现了成千上万种有效的蛋白质和脂质激酶抑制剂。这些抑制剂可以进一步开发成治疗药物，或者用作化学探针来研究激酶生物学。然而，由于多重药理学作用，目前人类激酶组的很大一部分仍缺乏选择性的化学探针。
在该研究中，为了发现这样的探针，研究者们利用 Kinobeads 技术，在癌细胞系的溶胞中对四个激酶抑制剂集合（PKIS、PKIS2、KCGS、Roche）中的1,183种具有良好特征的小分子激酶抑制剂进行了筛选。
1184 种激酶工具化合物的靶点图谱
这些小分子代表了64个化学类型，具有高度结构多样性。实验使用了两种浓度（100nM和1µM）的小分子进行Kinobead竞争结合分析，使用了来自五种癌细胞系（K-562、COLO-205、MV-4-11、SK-N-BE(2)和OVCAR-8）的混合裂解液，以最大程度地代表内源性蛋白质。该实验方法允许在化合物和蛋白质之间进行物理相互作用的大规模平行分析，并且可以通过质谱技术定量分析与 Kinobead 竞争结合的蛋白质数量。
研究生成了一个庞大的激酶-药物相互作用资源：所得的50万个药物-蛋白质相互作用数据集涵盖了大约250个蛋白质和脂质激酶。这些数据已经整合在 ProteomicsDB 数据库中，可以供科研人员进一步挖掘，并且文中还举例说明了如何使用这一资源。
研究者对激酶抑制剂的选择性进行了评估。CATDS评分显示，KCGS包含了最多的选择性抑制剂，但仍包含几种广谱化合物。数据挖掘识别了约330个潜在的激酶抑制剂，它们影响了所有激酶亚家族的72个激酶。此外，该研究还发现了29个已有化合物的化学探针候选物，这些化合物的目标蛋白质已经得到了确定。
在SYK（脾酪氨酸激酶）方面，研究发现了 GSK986310C 是一种相对选择性和强效的SYK结合剂。与其他已批准的SYK抑制剂相比，GSK986310C 具有更高的选择性。细胞实验证实，GSK986310C 和 entospletinib 是SYK的抑制剂，并且可以在细胞内抑制SYK的活性。
GSK986310C 是 SYK 的候选探针
CK2（酪氨酸激酶）是细胞内的一个重要调控酶，与多种细胞过程相关。然而，现有的CK2抑制剂中，很少有化合物能够做到既高度选择性又高效抑制。该研究发现了几种新的潜在的CK2抑制剂，包括RO4613269-000、RO-4603632-000、RO4493940-000和GW869516X。其中，GW869516X 的晶体结构与CK2α的复合物表明，该化合物与CK2α的ATP结合口袋中的特定位点相互作用，这解释了其高选择性。NanoBRET（靶标参与细胞内激酶测定）实验也证实了 GW869516X 在细胞内抑制CK2的活性。
选择性和强效的CK2抑制剂
在对PKN3（苏氨酸蛋白激酶）的选择性抑制剂方面，该研究发现了两个潜在的化合物，GSK902056A 和 GSK949675A，它们显示出高选择性和较高的亲和力。这些化合物在细胞实验中也表现出对PKN3的显著抑制作用，与已有的研究相比，这些化合物显示出更高的选择性和细胞内靶标作用。
以PKN3为靶标的化合物
然而，这一化学蛋白质组学研究也存在一些不足之处。Kinobead 检测并不能覆盖所有的激酶，因此某些化合物的指定靶点可能无法被确定。此外，化学探针候选物质的选择性可能比我们的数据所示更低（或更高），因为 Kinobeads 检测靶点结合是在细胞溶胞中进行的，而不是在活细胞中。细胞中的化合物靶点结合和选择性可能比我们从 Kinobead 的数据中得出的结果更高或更低。
总的来说，该研究鉴定了一系列潜在的激酶抑制剂，这些化合物对于研究细胞信号传导、疾病机制等方面的基础研究具有重要意义。然而，这些结果仅为初步发现，需要进一步的生物学实验和临床研究来验证这些化合物的疗效和安全性。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-023-01459-3
