最近，微管C-末端的靶向分子工作的论文被接收了。这是本实验室此方向第一篇正式发表的论文，特地在此分享一下。至于其价值，也别光听我自己的“标榜”。审稿人把它列为Very significant (top 10%）和significant（top 10-25%），说明对其价值的认可。

这项工作在七八年前开始考虑。那时我组在以微管为靶的药物分子（microtubule targeting agent, MTA）对抗肿瘤耐药（特别是b-III亚型微管蛋白高表达的耐药机制）做了一些工作，但无论是我们还是世界上其他实验室都没有很好地解决。此外，MTA的毒性问题也很头疼--基本上某个分子对微管作用强，细胞毒/抗癌作用就抢，但系统毒性也随之增高。

传统上MTA是细胞毒药物，但也是一类选择性较高的细胞毒药物（这里面的机制很复杂，包括紫杉烷类MTA在细胞内的富集。Weinburg的肿瘤生物学教材对此有所涉及）。不过本世纪初以来，肿瘤临床上靶向药物已形成对细胞毒药物全面替代的大趋势（除了部分瘤种或分型上化疗仍然重要），这也使得如我的MTA研究者考虑，究竟是放弃MTA拥抱五花八门的分子靶向药的研究，还是努力让MTA变成更有选择性/低毒性的药物？想达到这个目标该怎么做？

经过学习和思考，我对这个问题的答案是，找到调控MT功能更好（及更高选择性）的方式。根据我们的文献总结，已知有200余个结构类型的MTA。这些分子在微管蛋白内外的主体（tubulin body）上有多个结合位点（课题启动时有6个，目前已发现9个），都未能解决上述问题。因此我判断寻找与已有分子的结构有所变化的MTA可能不是出路，需要寻找新的对MT的调控方式。由于MT可以和数以百计的蛋白发生互作，显示其作为节点蛋白（hub protein）和多信号通路交汇点，因此针对蛋白互作（PPI），也就是通过调控MT与其中某个或某些微管相关蛋白（microtubule associated protein, MAP）的作用，有可能提高选择性。

对微管C-末端特别关注的理由有二：一是此区域涉及与大量MAP互作，不同的互作应该可以用不同的分子和不同的方式加以选择性调控，产生不同的生物学效应/表型；二是微管蛋白亚型（已知a-tubulin有9个亚型，b-tubulin有个亚型6个亚型）在此区域，而tubulin body上亚型的序列高度保守，也是我们难以通过对已有MTA的结构修饰，区分与b-I/II和b-III亚型作用的原因（已知的MTA结合位点都在蛋白的主体上，我们重点做的紫杉烷也不例外）。

虽然C-末端（C-terminal tail, CTT）看起来是个值得一试的新靶点，但它也有具挑战性的一面：CTT不具有稳定的三维结构，是所谓的内在无序蛋白区域(instrinsically disordered protein region, IDPR)。这个结构对MT作为hub protein以及与多个蛋白互作应当是非常关键的（这是基础生物化学的一个话题，这里先不展开）。由于其IDP性质，常见的通过互补的三维结构的药物设计策略，用小分子配体调控受体的功能难以实现，因此我决定尝试通过靶向受体的一级和二级结构，尝试调控其功能。毕竟三级（三维）结构也是由一、二级结构组成；通过对更简单结构元素的调控，即使不能完全达到调控三维结构的效用（受体的三维结构与生物学功能/表型相关），至少可以达到一部分。至于在此过程中尝试发现（与不同MAP互作的）MT CTT的不同三维结构，并对其加以调控，毫无疑问是一个更加令人期待的目标，但也必然会是更长久且更艰苦的旅程。

第一个接受任务的是一名直博生，做的是一级结构互补策略，也就是此文章中呈现的含有三联精氨酸（Arg或R)的大环结构。虽然结构看起来不复杂，但对我组来说是该生是第一个做肽化学的，还是有很多要学习和探索的内容。

此文包含三类分子，两类是大环，一类是直链：分别是最初设计的纯脂肪链连接的含RRR大环，以及作为其对照的直链前体物，最后还有（聚）乙二醇连接的含RRR大环，考察连接桥对活性的影响。结构如下：

对大环化合物类别的命名先后想了几种：比如cyclic pseudopeptide，或是macrocyclic peptoid。之所以考虑用伪肽、类肽，是因为环状分子的结构不是由纯粹的氨基酸构成。不过，考虑到环肽化合物中也可能掺入非天然氨基酸或者非肽键的片段，而类肽或伪肽一般是把羰基和N换位，或把肽键置换为其他键，而我们这里除了三个Arg组成的短肽，其他非肽部分与之相连也尽量用酰胺/肽键，所以把这类称作macrocyclic peptide或cyclic peptide应该也是可以的。最后，决定使用简单的cyclic peptide指代此类分子。

构效关系显示，环大小（连接桥长短不同）对分子水平的活性（微管聚合）的影响，是最大的环(n=12)作用最强。整体而言，分子的柔性和刚性须达到一定平衡对活性最有利。选择分子水平最强的化合物进行深入研究，表明其可以结合到CTT上，从而证实它通过结合CTT影响MT的功能。不过，在肿瘤细胞里它未显示类似MTA的抑制生长的作用，其原因可能是未能穿膜或作用较弱。在对鼠神经元的神经保护模型上，（聚）乙二醇类大环显示较好的作用。即便如此，化合物是否穿膜还有待将来细胞内结合的“一锤定音”。

虽然本文不是在高IF杂志上发表，但作为本组新课题的首篇文章，完成了概念验证，也在审稿中受到同行认可，值得推荐一下。感兴趣的可以去看已经在线的文章（Organic & Biomolecular Chemistry, 2022, DOI: 10.1039/D2OB01910H）。

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后记：

现在是移动互联网的短视频时代，博客的传播方式貌似有点过时。不过，对于有一定深度分享科研成果信息，应该还有一定价值。我自己就通过博客和推送，了解一些最新进展，感兴趣的话再去阅读原文。