新藥開發(fā)領(lǐng)域炙手可熱，大量研究人員蜂擁涌入。但是,，當(dāng)中很多人缺乏應(yīng)有的引導(dǎo),，科研也做成了一團(tuán)漿糊。每當(dāng)生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個與疾病相關(guān)的靶點蛋白,，他們就會想方設(shè)法尋找能夠與這個蛋白質(zhì)分子結(jié)合并影響其活性的化合物,，這些有苗頭的化合物常被稱為“活性化合物”。一次典型的藥物篩選流程能夠找到數(shù)千種活性化合物,，它們可以作為疾病機(jī)理研究的工具,，也是尋找新藥的基礎(chǔ)。 但是,，在篩選試驗中,，很多化合物展現(xiàn)出來的“活性”僅僅是一種假陽性結(jié)果——它們的“活性”并不是基于化合物分子與蛋白質(zhì)之間特異性的作用。真正的藥物能夠作用于特定蛋白質(zhì)的結(jié)合位點,，從而抑制或激活蛋白質(zhì)的功能,。而“假陽性化合物”則偽裝成藥物結(jié)合的樣子，在各種篩選研究中大放顏霧彈,。 
科學(xué)家們把這些壞家伙叫做pan-assay interference compounds（泛篩選干擾化合物）,，簡稱PAINS（這個縮寫可謂物如其名，它們真是研究人員的心頭痛）,。PAINS有著明確的化學(xué)結(jié)構(gòu),，橫跨多個化合物種類。但是,，很多生物學(xué)家和缺乏經(jīng)驗的化學(xué)家都不能一眼認(rèn)出它們,。相反，經(jīng)常有研究論文把它們錯當(dāng)成有潛力的“藥物候補(bǔ)”,。為了優(yōu)化PAINS的活性,，大把時間和研究經(jīng)費(fèi)都打了水漂?；瘜W(xué)家們耗費(fèi)精力制作出各種類似物,，試圖提高PAINS和蛋白質(zhì)之間的“結(jié)合性”。 
十年前,，藥物篩選工作主要由各大制藥公司完成,，這些公司往往有經(jīng)驗豐富的化學(xué)家提供。而現(xiàn)如今,，越來越多的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也開始進(jìn)行藥物篩選,，同樣水準(zhǔn)的卻未必存在。一個例子就是成立于2012年的學(xué)術(shù)藥物開發(fā)聯(lián)盟（Academic Drug Discovery Consortium）,，該機(jī)構(gòu)目前已在9個國家成立了超過115家研發(fā)中心,，并頗引以為豪。但是，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)中越來越多的藥物研究人員缺乏相應(yīng)的訓(xùn)練,，無法區(qū)分“活性化合物”中何為良何為莠,，何為搗蛋分子。 
PAINS在篩選試驗中表現(xiàn)出的“活性”誘惑力,，于是出現(xiàn)了這種現(xiàn)象：即使已經(jīng)有論文發(fā)表指出某種化合物會干擾篩選結(jié)果,，關(guān)于該化合物的“活性”研究仍會繼續(xù)。例如,，2013年的一項研究發(fā)現(xiàn)了七種在篩選時能夠與超過三分之一蛋白質(zhì)發(fā)生作用的干擾化合物,，但是這篇論文并未得到應(yīng)有的關(guān)注。 
像這樣對多種蛋白質(zhì)有反應(yīng),、看上去大有前景的干擾化合物被研究人員們反復(fù)報道,，相關(guān)數(shù)據(jù)充斥著整個化學(xué)界文獻(xiàn)庫。這些論文再三將假陽性分子錯認(rèn)為有效的新藥,，帶動一輪又一輪的“篩選-發(fā)表-窮折騰”的惡性循環(huán),。藥劑公司將這些假陽性化合物放進(jìn)產(chǎn)品目錄，號稱是有發(fā)表論文支持的蛋白質(zhì)抑制劑,，導(dǎo)致其他生物學(xué)家也開始在自己的研究中使用這些化合物,。 

造成篩選假陽性的“罪犯”們 

盡管PAINS常被叫作“壞反應(yīng)物（bad actors）”，但它們其實是相當(dāng)?shù)摹把輪T”：在假裝自己“有潛力“方面簡直堪稱,！喬納森.貝爾（Jonathan Baell，也是本文作者之一）在自己的實驗室因為假陽性物質(zhì)白白浪費(fèi)了兩年后,，于2010年發(fā)表了一篇關(guān)于識別PAINS的指南,。而另外一位作者邁克爾.沃爾特斯（Michael A. Walters）在為一種試驗中的殺真菌劑準(zhǔn)備說明書和申請時，發(fā)現(xiàn)了很多名不副實的“活性“化合物,，于是也開始了反PAINS的宣傳之路,。一個簡單的例子就能說明PAINS為科研帶來的危害：研究人員發(fā)現(xiàn)了一些能夠與蛋白質(zhì)發(fā)生非特異性作用的化合物，于是就花費(fèi)了一年多的時間試圖弄清個中機(jī)理,，他們試遍各種方法,，包括蛋白質(zhì)聚集、化學(xué)分解,、反應(yīng)活性檢驗以及熒光測定,，zui終卻沒有收獲。根據(jù)我們的估計,，只要提高對PAINS的認(rèn)識外加一些預(yù)防措施,，就能避免無用功，為生物醫(yī)學(xué)研究工作節(jié)省數(shù)年的時間以及數(shù)百萬美元的研究經(jīng)費(fèi),。 
海市蜃樓 
一個典型的學(xué)術(shù)藥物篩選數(shù)據(jù)庫中往往有5~12%的化合物屬于PAINS,，而且這些冒牌貨還能被重復(fù)實驗驗證。大部分實驗室青睞的“標(biāo)配”數(shù)據(jù)庫情況相似，例如試劑公司Sigma-Aldrich提供的藥理活性化合物數(shù)據(jù)庫（LOPAC）,，以及美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）提供的分子庫-小分子存儲項目（MLSMR）,。 
大多數(shù)PAINS僅僅是有反應(yīng)活性的化學(xué)物質(zhì)，而非真正具有特異性的藥物候選,。它們用以瞞天過海的方法五花八門,。有的PAINS能發(fā)出熒光或是自己有顏色，即使目標(biāo)蛋白不存在時也能夠表現(xiàn)出陽性反應(yīng),。還有一些PAINS能捕獲篩選實驗中被用作試劑或反應(yīng)物的金屬元素,，使得后者引發(fā)陽性反應(yīng)，盡管這種反應(yīng)與蛋白質(zhì)本身沒有半點關(guān)系,。另外一些PAINS能夠附著在蛋白質(zhì)表面,，或是與蛋白質(zhì)功能相關(guān)的金屬離子螯合，亦或是通過特異性結(jié)合以外的方法改變蛋白質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),。在發(fā)現(xiàn)具有藥物潛力的化合物后,，研究者們會想方設(shè)法調(diào)整它們的分子結(jié)構(gòu)，以提升其效果（這項手藝俗稱“藥物化學(xué)”）,，而前面提到的這些無疑會阻礙進(jìn)一步的開發(fā)與研究,。 
因為不具特異性，PAINS的往往能夠作用于多種蛋白,。例如,，在特定篩選條件下，一些分子會產(chǎn)生過氧化氫,，而過氧化氫能夠使目標(biāo)蛋白失活,，從zui終結(jié)果看來這些化合物活像蛋白質(zhì)抑制劑。但事實上,，它們并沒有與目標(biāo)蛋白結(jié)合,。 
新的活性化合物被篩選出來后，下一步往往要在細(xì)胞中進(jìn)行檢驗,。在這一階段,，PAINS同樣有多種花招擾亂人們的視線。它們能夠讓細(xì)胞表現(xiàn)出預(yù)期中的結(jié)果（譬如生長抑制）,，背地里的機(jī)制卻*是另外一套,。研究人員總是盲目樂觀，愿意相信自己手頭的化合物有潛力與某種目標(biāo)蛋白發(fā)生反應(yīng),。他們從藥劑供應(yīng)商那里買來類似的化合物,，隨后又花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)和資源，制造出更多的類似物并一一檢驗,。 有些化合物甚至要等到申請或動物實驗后才露出馬腳,。令人遺憾的是,，從動物試驗中也可能得出與預(yù)期機(jī)理毫無關(guān)系的誤導(dǎo)性結(jié)果。
相反,，真的活性化合物——也就是能夠與選定的目標(biāo)蛋白質(zhì)發(fā)生特異性作用的分子——在細(xì)胞實驗中往往一開始并不能表現(xiàn)出活性,，只有在修飾過分子結(jié)構(gòu)，使之與蛋白質(zhì)結(jié)合效率提升或是更容易進(jìn)入細(xì)胞后,，它們才顯現(xiàn)出真正的實力,。 
研究者zui需要警惕的化合物包括毒黃素，以及多羥基的植物化學(xué)成分,，例如姜黃素,、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、染料木黃酮和白藜蘆醇,。盡管前人的研究已經(jīng)全面揭發(fā)了這些化合物及其類似物節(jié)操喪失的本質(zhì),，但仍有*的新研究將之用作實驗性新藥和“陽性”控制組。 
要想知道問題的嚴(yán)重性,，繞丹寧（rhodanines）就是一個很好的例子,。搜索文獻(xiàn)庫可以發(fā)現(xiàn)，有410篇論文聲稱繞丹寧具有生物活性,，涉及的繞丹寧類化合物多達(dá)2132種,，這些論文的作者來自290家研究機(jī)構(gòu)，其中只有24家是商業(yè)公司,。這些論文往往將繞丹寧鼓吹為前景光明的藥物開發(fā)對象,。藥劑公司Bristol-Myers Squibb發(fā)表的一篇論文警告研究者們，這種類型的化合物會發(fā)生光誘導(dǎo)反應(yīng),，從而不可逆地改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),，這是為數(shù)不多冷靜的聲音。作用機(jī)制既然如此,，就很難想象這種物質(zhì)能夠成為藥物或者有用的研究工具。但是,，在那些假定繞丹寧具有活性的論文中,，卻幾乎無人引用這項研究。 
偶爾有一些PAINS化合物的確能夠與蛋白質(zhì)發(fā)生特異性的反應(yīng),。這些化合物可以通過藥物化學(xué)的方法修飾結(jié)構(gòu),、優(yōu)化性能。然而即便如此,，PAINS的前景依舊堪憂——作用結(jié)果到底是特異性的“藥效“作用,，還是有其他什么貓膩很難區(qū)分。跟繞丹寧有關(guān)的多達(dá)280項,，這說明繞丹寧已經(jīng)被選拔為下一步藥物研發(fā)的目標(biāo),。但是,，還沒有任何篩選出來的繞丹寧化合物進(jìn)入了臨床使用，甚至連臨床試驗的苗頭都沒有,。因此,，繞丹寧相關(guān)的申請和維護(hù)都屬于資金浪費(fèi)，更別提背后的海量研究工作了,。 
學(xué)術(shù)期刊《藥物化學(xué)（Journal of Medicinal Chemistry）》近期開展了一項提議,，鼓勵投稿人在稿件中附上可被軟件識別的分子結(jié)構(gòu)文件，從而可以方便地實現(xiàn)化合物可靠性的自動審查,。這帶來的好處有很多,，其中之一就是能夠幫助編輯和審稿人排除PAINS相關(guān)的投稿。我們也建議曾經(jīng)發(fā)表過論文,、把PAINS描述為潛力化合物的研究人員提供后續(xù)實驗數(shù)據(jù),，證實這些化合物的假陽性性質(zhì)。給PAINS貼上標(biāo)簽?zāi)艽蟠鬁p少無用功,，也能防止藥劑銷售商繼續(xù)把它們賣給蒙在鼓里的生物學(xué)家們,。 
zui重要的是，藥物研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)提高警惕,。在藥物篩選試驗中表現(xiàn)出zui強(qiáng)活性的化合物未必是zui合適的研究對象,。即便是訓(xùn)練有素的藥物化學(xué)家也不能大意，而應(yīng)努力積累篩選經(jīng)驗,。千萬別走進(jìn)PAINS這條騙人的死胡同,。 
相關(guān)資料： http://www.nature。,。ｃｏｍ/news/chemistry-chemical-con-artists-foil-drug-discovery-1.15991                    轉(zhuǎn)自丁香園