ALL Pain, NO Gain----药物发现中的“筛选干扰化合物”

剧情梗概：药物发现的世界里，至今飘荡着这样一群被称为“PAINS”的幽魂。它们时而闪亮出现，时而遁匿隐形，给药物发现者带来无尽的悲喜。它们称得上是化学空间的“最佳演员”，只可惜，它们是卧底...

“众里寻他千百度”，为了发现新结构、新靶标的抑制剂，药物研究者在化学空间中以“愿摘满天星”的劲头，一次次在数以百万计的化合物结构中寻找具有生物活性的药物先导化合物。

借助于高通量筛选等技术，药物发现者往往能发现不错的“活性”化合物。典型的高通量筛选项目通常的发现概率约为0.7%，即在100000个化合物中，可以发现近七百个化合物具有一定的活性。

但当人们兴致勃勃对它进行进一步研究时，很多化合物展现出来的“活性”仅仅是一种虚幻的假阳性结-----它们的“活性”并非源于化合物分子与蛋白质之间特异性的作用。真正的潜在药物分子能够精确作用于特定蛋白质的结合位点，从而抑制或激活蛋白质的功能。而“假阳性化合物”则伪装成药物结合的样子，在各种筛选研究中大放烟雾弹。这些化合物就是Pan Assay INterference compoundS(PAINS)。

以饶丹宁（Rhodanines）类化合物为例，已超过588篇论文和专利报道了7919个该类化合物表现出生物学活性，但时至今日没有一个饶丹宁类化合物进入真正的临床研究，药物研究者的研究热情与努力也付诸东流。

随着这样“遇人不淑”的故事一次次发生，文献论文的一次次发表，这样一些化合物被反复报道具有多样的“生物学活性”，误导其他研究者进行，很多药物发现的努力就在这一轮轮徒劳无望的“海市蜃楼”般的虚象中被一次次误导。

“PAINS”化合物包括多种化合物结构类型, 表现生物活性的作用机制一般与已公认的受体配体结合机制不同, 而且结合的浓度一般在微摩尔级别, 通常表现为非竞争性、无明显构效关系及较差的特异性。

“PAINS”化合物产生所谓“生物活性”主要机制有: 直接干扰筛选过程的检测信号、化合物分子形成聚合体与靶点结合、产生单线态氧形成非特异性反应、非特异性的蛋白残基修饰及耦合金属酶发挥活性所必须的金属离子。“PAINS”化合物可能包含近480种结构, 但约有16种出现频率较高的类型,占据58%“PAINS”

主要的代表性的“PAINS”化合物结构类型

下面来看一下上图中“PAINS”化合物中的惯犯，看看它们是如何在药物发现的世界中“作奸犯科”的：

Toxoflavin（毒黄素）类化合物作为氧化还原循环的促进剂，可以产生过氧化氢使靶标蛋白激活或者失活；异噻唑酮类化合物易于发生N-S键断裂，可以作为共价修饰化合物，共价非特异性地修饰靶标蛋白半胱氨酸残基；Curcumin（姜黄素）类化合物，既是共价修饰化合物，同时也可以干扰细胞膜地稳定性影响膜受体的响应；羟基苄基腙类和饶丹宁（Rhodanines）类化合物，既是共价修饰化合物，同时也可以络合与靶标生物活性相关的金属离子；苯酚-磺酰胺类化合物除了氧化还原循环促进剂、共价修饰剂的角色，其化学不稳定性可产生干扰检测型号的干扰化合物。

烯酮类和醌类化合物是典型的共价修饰化合物；而多酚类化合物可作为氧化还原循环促进剂、共价修饰剂和金属络合剂，产生假阳性信号。

2017年2月，ACS旗下8种刊物联合发表题为《The Ecstasy and Agony of Assay Interference Compounds》的编辑部评论文章，面向药物研究人员特别是学术界研究人员高度重视筛选干扰化合物对药物发现的误导和干扰。

“真金不怕火炼”。一旦药物研究者对“PAINS”化合物给予高度的警觉，利用多重手段确认先导化合物的机制，定能“PAINS”化合物无处藏身，发现真正有价值的“MrRight”药物分子用于药物的研发。

参考文献：

1. Pain ofhigh-throughput screening---pan assay interference compounds. ActaPharmaceutica Sinica 2015, 50 (8): 925-930.

2. Chemical conartists foil drug discovery.Nature 2014,513, 481-483.

3. The Ecstasy andAgony of Assay Interference Compounds. ACS Med. Chem. Lett. 2017,8, 379−382.

4. 果壳：假阳性化合物：药物研发者的心头之“痛”. https://www.guokr.com/article/439308/

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