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2020年接近尾聲，突如其來(lái)的一場(chǎng)疫情給人們的生活帶來(lái)巨大影響。中西醫結合，中藥與西藥聯(lián)用，在病毒感染引起的新冠肺炎治療，挽救生命，戰勝疫情中發(fā)揮著(zhù)重要作用。但是因為中藥成分多樣，與疾病的相互作用非常復雜，難以分析其有效成分及作用機制，極大地限制了中藥的廣泛使用。近年來(lái)，隨著(zhù)生物信息學(xué)和其它分析技術(shù)的進(jìn)展，中藥活性成分表征、鑒定及分子機制方面的研究和應用越來(lái)越多，有望使中藥更加造福于現代醫療。
作為生命科學(xué)研究最新手段之一的SPR技術(shù)由于其研究分子互作的實(shí)時(shí)性、超高靈敏度、高專(zhuān)一性、可以同時(shí)測定動(dòng)力學(xué)常數和解離平衡常數等特點(diǎn)，已成為藥物研發(fā)全流程和質(zhì)量控制的必需技術(shù)，并被2020版中國藥典收錄。同樣，在中藥活性成分的表征鑒定、分子靶標的篩選、候選藥物分子的改造以及藥物質(zhì)控等方面，SPR也發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用。
- 1. 中藥活性分子直接作用靶點(diǎn)的識別與確證
蘇木酮A(SA)是從傳統中藥蘇木中分離得到的一個(gè)天然抗炎活性小分子,抗神經(jīng)炎癥效果明確,但是其作用靶點(diǎn)和機理尚不清楚。北京大學(xué)的研究團隊先將蘇木酮A改造成一個(gè)活性分子探針,從神經(jīng)小膠質(zhì)細胞中垂釣到其抗炎靶點(diǎn)蛋白為IMPDH2；然后利用SPR分析確認了蘇木酮A與靶點(diǎn)蛋白IMPDH2之間具有較強的結合能力(KD=3.9 nM)。
2. 天然產(chǎn)物靶向垂釣
基于SPR-MS的垂釣技術(shù)能在分子水平上發(fā)現和鑒定新的天然產(chǎn)物藥物，通過(guò)將“靶點(diǎn)蛋白”固定在芯片表面，當被檢測樣品流過(guò)芯片表面時(shí)，未知的互作因子能夠與“靶點(diǎn)蛋白”相結合, 實(shí)現對未知相互作用分子的俘獲，再結合質(zhì)譜等技術(shù)鑒定出未知因子結構。
第二軍醫大學(xué)的研究人員以腫瘤壞死因子受體（TNFR）為“捕獲蛋白”，采用SPR垂釣技術(shù)進(jìn)行了5種中藥的篩選和分離，最終從大黃中分離回收得到了TNFR的配體。
3. 先導化合物的優(yōu)化與確認
天然產(chǎn)物雷公藤紅素（celastrol ）能夠很好的抑制腫瘤靶點(diǎn)CDC37的活性。研究人員從celastrol的基本結構（三萜）出發(fā)合成了其他的化合物，然后用分子互作技術(shù)測定了所有化合物與藥物靶點(diǎn)CDC37相互作用；通過(guò)對其他衍生物的親和力比較，SPR技術(shù)給出了這種天然產(chǎn)物的先導化合物改造路徑，為后續的藥物開(kāi)發(fā)提供了關(guān)鍵作用。
4. 傳統中藥抗病毒機制研究
三萜是一類(lèi)含疏水五環(huán)骨架的植物次生代謝物，通常認為是植物防御病原體感染的重要化學(xué)成分，廣泛存在于自然界。為了揭示這類(lèi)三萜天然產(chǎn)物廣譜抗病毒的作用機制，北京大學(xué)的研究人員利用SPR技術(shù)發(fā)現這些三萜物質(zhì)通過(guò)結合到流感、埃博拉和HIV病毒等I型RNA病毒膜蛋白的HR2結構域，抑制了HR1-HR2三聚體發(fā)夾狀結構形成，進(jìn)而阻礙了病毒-細胞膜融合；最終揭示了三萜天然產(chǎn)物廣譜抗病毒的分子機制。
5. 藥材的質(zhì)量控制
中國醫學(xué)科學(xué)院藥用植物所楊美華研究員帶領(lǐng)的團隊利用Au/Fe3O4納米復合材料為放大標簽，借助英柏生物的表面等離子體共振檢測儀（MI-S200 SPR），實(shí)現了多菌靈農藥殘留檢測的新方法。研究人員設計了合理的放大模式，利用MI-S200 SPR檢測平臺，檢測多菌靈的檢測下限（LOD）為0.44ng·ml?1；對比酶聯(lián)免疫分析方法，整個(gè)分析方法的靈敏度提高了近1個(gè)數量級。利用這種方法檢測了藥材枸杞，其添加回收率102.4%～115.0%，RSD＜10%，檢測結果與UPLC-MS/MS的檢測結果完全一致。該研究成果以“A gold/Fe3O4 nanocomposite for use in a surface plasmon resonance immunosensor for carbendazim”為題發(fā)表在Microchimica Acta上 [1]。
最近發(fā)表的兩篇抗新冠病毒中藥化合物篩選的文章，進(jìn)一步顯示了SPR在中藥活性成分鑒定及分子機制研究方面發(fā)揮的重要作用[2][3]。
1）Chinese herbal compounds against SARS-CoV-2: Puerarin and quercetin impair the binding of viral S-protein to ACE2 receptor
作者利用中藥系統藥理學(xué)分析數據庫和分析平臺（TCMSP），以及分子對接分析工具，篩選出與ACE2親和力得分高的兩個(gè)分子-葛根素和槲皮素。用SPR分析了它們與ACE2結合的動(dòng)力學(xué)常數。在SPR上作競爭性抑制實(shí)驗，發(fā)現它們可以顯著(zhù)抑制病毒S蛋白與ACE2的結合。
2）Network pharmacology, molecular docking integrated surface plasmon resonance technology reveals the mechanism of Toujie Quwen Granules against coronavirus disease 2019 pneumonia
第一個(gè)用于新冠肺炎的中成藥-透解祛瘟顆粒，可以降低重癥率和死亡率。作者將透解祛瘟顆粒中的所有藥材做了基于SARS-CoV-2病毒靶點(diǎn)的生物信息學(xué)分析。分子對接結果顯示其中四個(gè)分子（包括槲皮素）得分高于其它化合物。SPR實(shí)驗顯示槲皮素更多地與SARS-CoV-2的S蛋白結合，而不是與ACE2結合。
槲皮素與Spike蛋白的SPR實(shí)驗，KD=1.69*10e-5M
上述兩篇文章都利用生物信息學(xué)工具篩選出有潛在治療作用的化合物，然后將其與新冠病毒的致病靶點(diǎn)（S蛋白和ACE2）做SPR分析，得到動(dòng)力學(xué)常數，第一篇文章還做了基于SPR的競爭抑制實(shí)驗，對分子機制做了一定探討。
值得一提的是，目前已經(jīng)有一項關(guān)于槲皮素磷脂復合物作為輔助療法治療新冠肺炎患者的臨床II期實(shí)驗在巴基斯坦注冊，目前處于患者招募階段（https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04578158?cond=quercetin&draw=2&rank=1）。
北京英柏生物科技有限公司即將面世的全新一代分子互作利器MI-S200D SPR可以幫助用戶(hù)得到高質(zhì)量準確可信的動(dòng)力學(xué)數據，完成動(dòng)力學(xué)常數和解離平衡常數的測定、濃度測定、定性分析等實(shí)驗。同時(shí)英柏SPR生物技術(shù)服務(wù)平臺可以為有分子互作檢測需求的人士提供專(zhuān)業(yè)檢測服務(wù)、芯片與實(shí)驗方案定制、儀器租賃等多種專(zhuān)業(yè)服務(wù)。歡迎垂詢(xún)！
參考文獻：
- Li Q, Dou X, Zhao X, Zhang L, Luo J, Xing X, Yang M. A gold/Fe3O4 nanocomposite for use in a surface plasmon resonance immunosensor for carbendazim. Mikrochim Acta. 2019 Apr 30;186(5):313. doi: 10.1007/s00604-019-3402-0. PMID: 31041544.
- Pan B, Fang S, Zhang J, Pan Y, Liu H, Wang Y, Li M, Liu L. Chinese herbal compounds against SARS-CoV-2: Puerarin and quercetin impair the binding of viral S-protein to ACE2 receptor. Comput Struct Biotechnol J. 2020;18:3518-3527. doi:10.1016/j.csbj.2020.11.010. Epub 2020 Nov 11. PMID: 33200026; PMCID: PMC7657012.
- Ye M, Luo G, Ye D, She M, Sun N, Lu YJ, Zheng J. Network pharmacology, molecular docking integrated surface plasmon resonance technology reveals the mechanism of Toujie Quwen Granules against coronavirus disease 2019 pneumonia. Phytomedicine. 2020 Oct 28:153401. doi: 10.1016/j.phymed.2020.153401. Epub ahead of print. PMID: 33191068.