新藥開發(fā)領域炙手可熱，大量研究人員蜂擁涌入。但是，當中很多人缺乏應有的引導，科研也做成了一團漿糊。每當生物學家們發(fā)現(xiàn)一個與疾病相關的靶點蛋白，他們就會想方設法尋找能夠與這個蛋白質分子結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理研究的工具，也是尋找新藥的基礎。 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果——它們的“活性"并不是基于化合物分子與蛋白質之間特異性的作用。真正的藥物能夠作用于特定蛋白質的結合位點，從而抑制或激活蛋白質的功能。而“假陽性化合物"則偽裝成藥物結合的樣子，在各種篩選研究中大放顏霧彈。 
科學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有著明確的化學結構，橫跨多個化合物種類。但是，很多生物學家和缺乏經(jīng)驗的化學家都不能一眼認出它們。相反，經(jīng)常有研究論文把它們錯當成有潛力的“藥物候補"。為了優(yōu)化PAINS的活性，大把時間和研究經(jīng)費都打了水漂。化學家們耗費精力制作出各種類似物，試圖提高PAINS和蛋白質之間的“結合性"。 
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)驗豐富的化學家提供。而現(xiàn)如今，越來越多的學術機構也開始進行藥物篩選，同樣水準的卻未必存在。一個例子就是成立于2012年的學術藥物開發(fā)聯(lián)盟（Academic Drug Discovery Consortium），該機構目前已在9個國家成立了超過115家研發(fā)中心，并頗引以為豪。但是，學術機構中越來越多的藥物研究人員缺乏相應的訓練，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果，關于該化合物的“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發(fā)生作用的干擾化合物，但是這篇論文并未得到應有的關注。 
像這樣對多種蛋白質有反應、看上去大有前景的干擾化合物被研究人員們反復報道，相關數(shù)據(jù)充斥著整個化學界文獻庫。這些論文再三將假陽性分子錯認為有效的新藥，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產(chǎn)品目錄，號稱是有發(fā)表論文支持的蛋白質抑制劑，導致其他生物學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“壞反應物（bad actors）"，但它們其實是相當?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白白浪費了兩年后，于2010年發(fā)表了一篇關于識別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發(fā)生非特異性作用的化合物，于是就花費了一年多的時間試圖弄清個中機理，他們試遍各種方法，包括蛋白質聚集、化學分解、反應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的認識外加一些預防措施，就能避免無用功，為生物醫(yī)學研究工作節(jié)省數(shù)年的時間以及數(shù)百萬美元的研究經(jīng)費。 
海市蜃樓 
一個典型的學術藥物篩選數(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實驗驗證。大部分實驗室青睞的“標配"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僅僅是有反應活性的化學物質，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，即使目標蛋白不存在時也能夠表現(xiàn)出陽性反應。還有一些PAINS能捕獲篩選實驗中被用作試劑或反應物的金屬元素，使得后者引發(fā)陽性反應，盡管這種反應與蛋白質本身沒有半點關系。另外一些PAINS能夠附著在蛋白質表面，或是與蛋白質功能相關的金屬離子螯合，亦或是通過特異性結合以外的方法改變蛋白質的化學性質。在發(fā)現(xiàn)具有藥物潛力的化合物后，研究者們會想方設法調整它們的分子結構，以提升其效果（這項手藝俗稱“藥物化學"），而前面提到的這些無疑會阻礙進一步的開發(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蛋白失活，從zui終結果看來這些化合物活像蛋白質抑制劑。但事實上，它們并沒有與目標蛋白結合。 
新的活性化合物被篩選出來后，下一步往往要在細胞中進行檢驗。在這一階段，PAINS同樣有多種花招擾亂人們的視線。它們能夠讓細胞表現(xiàn)出預期中的結果（譬如生長抑制），背地里的機制卻*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蛋白發(fā)生反應。他們從藥劑供應商那里買來類似的化合物，隨后又花費大量經(jīng)費和資源，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期機理毫無關系的誤導性結果。
相反，真的活性化合物——也就是能夠與選定的目標蛋白質發(fā)生特異性作用的分子——在細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構，使之與蛋白質結合效率提升或是更容易進入細胞后，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，但仍有*的新研究將之用作實驗性新藥和“陽性"控制組。 
要想知道問題的嚴重性，繞丹寧（rhodanines）就是一個很好的例子。搜索文獻庫可以發(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2132種，這些論文的作者來自290家研究機構，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)生光誘導反應，從而不可逆地改變蛋白質結構，這是為數(shù)不多冷靜的聲音。作用機制既然如此，就很難想象這種物質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發(fā)生特異性的反應。這些化合物可以通過藥物化學的方法修飾結構、優(yōu)化性能。然而即便如此，PAINS的前景依舊堪憂——作用結果到底是特異性的“藥效“作用，還是有其他什么貓膩很難區(qū)分。跟繞丹寧有關的多達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。但是，還沒有任何篩選出來的繞丹寧化合物進入了臨床使用，甚至連臨床試驗的苗頭都沒有。因此，繞丹寧相關的申請和維護都屬于資金浪費，更別提背后的海量研究工作了。 
學術期刊《藥物化學（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構文件，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。給PAINS貼上標簽能大大減少無用功，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家們。 
zui重要的是，藥物研發(fā)人員應當提高警惕。在藥物篩選試驗中表現(xiàn)出zui強活性的化合物未必是zui合適的研究對象。即便是訓練有素的藥物化學家也不能大意，而應努力積累篩選經(jīng)驗。千萬別走進PAINS這條騙人的死胡同。 
相關資料： http://www.nature。。ｃｏｍ/news/chemistry-chemical-con-artists-foil-drug-discovery-1.15991                    轉自丁香園