项目背景
在当今的生物医药领域，寻找新的药物靶点是开发原创性药物的关键步骤。在这种情况下，寻找新的靶点变得尤为重要，它不仅可以为开发新药物提供更多的机会，还可以为治疗当前无法满足需求的疾病提供新的治疗方法。新靶点发现是原创药物发现的基石，但是一个费时、繁琐的过程，长达十余年甚至上百年。人类基因组约2.5万个编码基因，目前开发为有效药物靶点的占比不到5%，导致众多疾病无法开发靶向药物。因此亟待探索高效的药物新靶点发现策略。
采用活性分子发现新靶点是最为高效策略之一，但面临缺少高效、结构多样性活性工具分子这一巨大挑战，高质量的分子库用于发现有效活性工具分子成为决定因素。高质量分子库应满足以下要求：1）结构多样性且新颖，能够覆盖广泛的靶点和生物学过程，从而提高靶点发现的效率和准确性；2）库分子具有潜在广泛、明确的生物活性；3）库分子与靶蛋白间具有高亲和性，避免后续蛋白富集纯化过程中被洗脱；4）易及性，能够便捷地规模化制备或获得众多数量实体分子以供筛选；5）库分子易于修饰能为后续靶点发现与验证奠定化学基础。这类化合物库目前无法从自然界中大规模直接获取，需要通过人工精心设计与构建。
项目内容
本项目采用含有各种亲电弹头的化学合成模块，基于含氮活泼中间体化学（胺基叶立德、三氮唑自由基等），解决它们与亲电弹头的兼容性问题，发展其多组分反应从简单模块快速一锅构建季碳中心合成立体多样性共价分子（图1），开发系列室温下空气中操作便捷、反应快速的一锅合成方法学，为新靶点发现提供了高质量、易及性实体分子库，且基于库分子结构特色开了一种高效免标记蛋白质组学策略快速鉴定靶点。
图1 本项目核心关键建库策略示意图
本项目开发易及性建库策略构建立体多样性共价分子库，以期提高新靶点发现几率，具有以下建库优势：
1）采用多模块一锅法合成法构建库分子结构新颖性，步骤少，建库效率高；通过模块调控实现分子结构多样性和建库规模化；
2）含氮化合物具有广泛生物活性，基于含氮活泼中间体化学开发一锅合成方法学构建库分子，能有效提升随机筛选发现潜在活性分子的几率，且反应时间短；
3）通过多模块一步构建全取代季碳中心，不仅能快速合成球形分子，也可通过立体化学控制提供易得的异构体，还可通过全取代基团衍生预留可修饰化学位点，为后续靶点蛋白亲和富集奠定化学基础；
4）引入亲电共价弹头不仅实现活性分子与靶蛋白间高亲和作用，还可免除额外蛋白标记流程；
5）开发室温下空气中兼容的催化剂和试剂实现建库操作便捷，分子库具有易及性。
本项目采用我们原创构建的立体多样性共价分子库进行筛选所发现的系列活性工具分子，以该系列活性分子为基础，基于前期精心设计的库分子结构特征，可免除蛋白标记流程、同位素标记流程，且具有可修饰化学位点而不影响生物活性的特色，开发了一类免标记的基于活性蛋白质组学策略（CSM-ABPP），通过相对定量分析可以快速鉴定潜在靶点（图2）。
图2 基于特色共价分子库的免标记蛋白组学策略（CSM-ABPP）快速高效鉴定靶点
基于源头活性分子库的设计与高效构建，解决了新靶点发现几率和效率问题两个关键问题，再结合原创性活性工具分子与临床病人组织真实样本、人工智能技术，对新靶点进行验证基础上进行抗肿瘤候选药物分子发现研究（图3），为目前临床无靶向的恶性肿瘤开发原创性靶点。
图3 本项目发现1.1类新药策略流程图
项目总结
A）技术优势
本项目共价化合物分子库分子同时引入季碳中心和亲电弹头，有望巧妙地从流程源头一揽子解决这些问题：1）结构新颖—钓取新靶点；2）亲电弹头与靶蛋白共价连接—无需额外蛋白标记可提高亲和富集效率；3）全取代季碳中心有望提供活性药效团之外可修饰位点而不影响分子活性，实现靶蛋白有效亲和富集；4）季碳中心的立体化学可提高活性分子选择性，减少脱靶效应和非特异性吸附；5）异构体易得可用于相对定量研究，免除质谱鉴定中繁琐昂贵同位素标记流程，避免海量蛋白质谱数据分析，快速锁定靶点，为新靶点发现提供一种高效免标记蛋白组学新策略；6）库分子易及性能够便捷地规模化制备或获得众多数量实体分子以供筛选；且易于修饰能为后续靶点发现与验证奠定化学基础。
B）应用领域
采用原创的高选择性活性共价工具分子，结合我们自己所发展的无需标记的基于活性蛋白质组学策略，高效发现潜在药物靶点。主要针对临床未满足需求的肿瘤主要是罕见肿瘤进行原创性药物发现：1）新靶点发现：针对各类新药研发机构或企业，提供CRO服务，快速发现新靶点，也可针对我们独立发现的靶点进行转让，也可进行联合开发，主要针对肿瘤靶向治疗；2）新结构发现：以活性分子为起点化合物，开发抗肿瘤药物分子；3）生物标志物发现：目前肿瘤靶向治疗主要是依据分子分型进行诊断，所发现的新靶点也可针对其他临床未满足需求的肿瘤适应症治疗和靶向药物开发。此外，根据现有多样性共价分子库，结合蛋白质组学分析技术发展罕见肿瘤生物标志物或者用于虚拟筛选模型开发软件等。
总体上，希望通过与新药发现企业或者研究机构进行合作，提供CRO服务；针对已发现的新靶点可以进行转让或者联合开发推向临床前研究。
团队介绍
项目负责人刘顺英博士，现为华东师范大学教授，长期从事共价分子库构建及新靶点药物发现研究，在有机化学、药物化学、化学生物学领域具有丰富的经验。刘顺英教授2006年获得武汉大学和香港浸会大学联合培养的博士学位，同年加入华东师范大学，其后在英国牛津大学和美国哈佛大学以及麻省理工学院从事博士后和访问学者研究，相关领域具有二十余年从业经验。
团体核心成员张伟滨博士，上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科主任，教授，上海市伤骨科研究所副所长，华裔骨科学会理事。现为上海骨科医师协会副会长、上海骨科质量控制中心主任。主要从事骨肉瘤相关临床药理张教授主要从事骨肉瘤的临床药理、骨肉瘤肺转移的机制和微环境研究，具有相关行业三十年从业经验。
团体核心成员朱通博士，入选国家优青，现为华东师范大学教授，兼职上海纽约大学教授，长期从事人工智能及其在创新药物发现中的应用研究，其中开发的基于深度模拟学习的共价药物结合算法，已被台湾制药企业用于新药开发进入临床I期，在相关领域具有十五年从业经验。
团体核心成员陈莉莉博士，现为上海中医药大学教授，美国埃默里大学访问学者，上海药物所研究员，主要从事肿瘤药理学研究，具有相关行业二十年从业经验。
知识产权情况
授权专利：
发明专利201910550556.0；发明专利201910108540.4；
发明专利201810175239.0；发明专利201810309428.2；
发明专利201710079316.8；发明专利201710004520.3.
已申请专利：
发明专利 202111422968.X； 发明专利 202111347644.4；
发明专利 202010972702.1； 发明专利 202010971435.6；
发明专利 201911258159.2； 发明专利 201911259277.5；
发明专利 201810309428.2; 发明专利 201911020897.3；
发明专利 201710092353.2； 发明专利 201810091809.8；
发明专利 201610902757.9； 发明专利 201810548769.5.
以上专利均归属华东师范大学。
商业化前景
A）预估市场竞争因素
由于现阶段罕见肿瘤治疗的手段依旧是化疗药，近年来，并没有得到更好的改善，以及预后问题。市场上也没有有效的成药性靶点。因此，通过构建结构多样的化合物库发现潜在的靶点在竞争中展现出明显优势，未来还可以开发新药。罗氏、辉瑞、诺华等国际大生物医药公司高达三分之一管线在新靶点药物发现方面。此外，截止到2023年12月底，上海拥有生物医药产业领域相关企业3224家、苏州工业园区生物医药企业2300多家，采用我们的技术发现新靶点将会具有潜在的广泛市场和客服。
与人工智能相比较，我们的技术具有自有知识产权的分子库和实体分子，还为后续药物开发提供了一个起始化合物；与其他ABPP技术相比，我们的技术不需要蛋白标记流程和同位素标记流程，将大大提升蛋白富集的效率；想用相对定量快速锁定潜在靶点，将大大缩短新靶点发现周期。而且，化合物库规模还可以通过自有合成方法快速扩建。
B）技术可行性
建库技术非常成熟，部分相关工作于2016年获得上海市自然科学一等奖，目前已在包括Science子刊等发表科研论文78篇，申请中国发明专利36项，已获授权16项。目前化合物库的规模在5000个实体分子（每个化合物结构不同，且包含其相应结构表征数据），规模仍在继续扩大。
C）市场规模预估
我们结构多样性化学遗传学库具有高亲和性、高选择性和易于化学修饰及异构体可及性等独特性。根据相关机构统计，2019-2025 年间，以年复合成长率7%成长，至2025年，医药市场规模将达 1.8万亿美元。100个分子（10 mmol/100 μL）市场价预估为30万。现化合物库已有化合物约5000个结构不同分子，仍在继续扩大，化学遗传学分子库总市场预估约千亿美元。
D）经济社会效益分析
基于正向化学遗传学的药物筛选，化合物库是药物筛选与发现的物质基础，也是创新的源头。目前，国内科学家主要采用自然来源的分子库包括microRNA、核酸适配体和天然产物等作为重要工具构建筛选的分子库而发现活性工具分子，利用非天然小分子化学库作为筛选平台进行化学遗传学研究则非常有限。这与缺少高筛选效率的特色小分子化学遗传学库有关。国外特别是欧美制药大国，除上述自然来源库外，则主要由于跨国制药公司几十年甚至长达百年的积累而发展了系列有特色的非天然小分子化学库用于化学遗传学筛选。
我国目前在此方面，还没有具有类似特色的共价键抑制剂遗传学化学库用于商业化。如果能在我们自有的源头创新性合成技术的基础上，构建我们特色的、自有知识产权的化合物库并实现商业化，一方面填补我国在此领域的短板，另外一方面，必将促进我国在原创性新靶点及新药物作用机制发现方面的研究与社会服务，助力提升我国在源头创新的药物发现中的影响力。
成功案例/产品
构建了特色共价分子库，对化合物库进行探究，发现对多种肿瘤有纳摩尔级的抑制活性，比如胃癌、肺癌、结肠癌和骨肉瘤等，其中在骨肉瘤SJSA-1细胞系中，发现并初步验证了PDIA4作为治疗骨肉瘤的潜在靶点， 在骨肉瘤MNNG-HOS细胞系中，发现并初步验证了DDX5作为治疗骨肉瘤的潜在靶点。在骨肉瘤143B细胞系中，发现并初步验证了NOGO-B作为治疗骨肉瘤的潜在靶点。同时，我们从活性工具分子出发，还发现了三个系列后续药物活性分子。
联系方式
刘顺英教授团队 syliu@sist.ecnu.edu.cn
华东师范大学科技处 rchen@re.ecnu.edu.cn
