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Nature:化学工具的可靠性问题不容忽视

德国法兰克福大学药学家Stefan Knapp和同事鉴别出一种使肿瘤生长的重要蛋白,并发现了一种可以抑制该蛋白的药物分子。他们购买了更多的化合物做进一步实验,但这一次结果并不理想。随后,他们从另一家供应商处采购了“同样的”化合物,实验结果甚至比第一次还要好。结果表明,出现问题的分子是对映异构体。Knapp发现,供应商销售的两种化合物中所包含的对映异构体比例不同,在该团队的文章中,仅有左手性的对映体是有效的。(具有讽刺意味的是,右手性的化合物是肺癌药物crizotinib的有效成分,它会以不同机制发挥作用)

奥地利维也纳分子医学研究中心系统生物学家Guilio Superti-Furga说,该团队的验证工作说明了不了解化学工具可能是阻碍生物学研究的诸多因素之一。在很多时候,一些生物学家并不知到他们手中有什么样的化学试剂,这会影响利用化学手段探索生物学的工作。美国加州斯克利普斯研究所化学家和免疫学家Kim Janda用更直白的语言描述了这个问题:“If you don’t pay attention to the chemistry, the chemistry will bit you in the ass”。

诺华公司的数据库拥有超过300万个化合物

(来源:Nature

试剂质量参差不齐

化学工具是细胞生物学和药物研究不可缺少的一环。例如,相比用遗传技术抑制一种专效酶,用小分子抑制一个具体的酶会提供蛋白质生物学更精确的线索。但是,很多实验室没有条件自己合成工具化合物。所以,科研人员往往通过搜索化学品数据库来采购工具化合物和试剂。

实际上,有时候生物学和药学研究人员很难精确地评估购买的化学品质量。比如,化学试剂经常含有副产物,或是降解形成的杂质。马萨诸塞州布罗德研究所高通量检测组的化学专家Josh Bittker和同事收集了一个已经在临床试验中被测试过的化合物数据库,他们发现了这种化学污染存在的程度相当高:在该团队测试的8584个分子中,有近29%的分子没能通过质量关。在一些批次的试剂中,杂质含有量达到15%甚至更高。

过去几年,化学家们已经在多篇文章中提出了预警,并在网上上传了一些资源提供帮助。 “化学探针门户”(www.chemicalprobes.org)网站对100多种工具化合物做了评估。“探针和药物淘金者门户”(www.probes-drugs.org)收集了许多公开信息,以提供选择建议。

博舒替尼与其异构体

(来源:Nature

低廉价格可能意味着高昂代价

合成化学家可能会说,药物小分子可能存在的结构比宇宙中的恒星还要多。供应商可以提供的化合物太多了,寻找特定化合物的生物或药学家往往需要跟踪专门的供应商,或者定制合成化合物。然而,如果一个分子的生物活性在一篇备受关注的文章中报告,特别是如果它已经通过了临床试验,那它的供应商会成倍增长。

在一个乌龙的案例中,有近20家供应商提供一种叫作博舒替尼(Bosutinib)的已获批癌症药物,结果却发现它们实际上销售的仅是一种博舒替尼的异构体,其化学基团排错了。 博舒替尼和其异构体均连接着一组细胞信号蛋白,但两者功效却不同,因此这种混合物使数十篇文章受到质疑。

怀疑非常重要,明尼苏达大学药物化学研究员Nick Levinson说,他在博士后期间曾花费数月研究博舒替尼如何绑定其蛋白质目标,但研究结果显示他研究的博舒替尼根本未起作用,很多其他研究该化合物的科研人员也是如此。“如果我们得到任何看起来像是错误的或是令人吃惊的结果,我们头脑中冒出的第一个想法会是或许化合物不正确。”Levinson说。

从可靠的供应商处购买试剂,别为了省钱从来源不明的供应商那儿购买。“Cheap can be very expensive” 英国牛津大学生物化学家Kilian Huber表示,有时,使用了来源不明的试剂的文献会给重复者带来困惑。Huber注意到一种叫作SCR7的酶抑制剂能够促进CRISPR-Cas9基因编辑技术之后,他决定在实验室中进行尝试。但他的研究生发现,文献中的一种化合物无法合成,最终他们放弃了该重复实验。

仔细测试后再使用它

英国伦敦癌症研究所所长Paul Workman建议,任何时候在使用一种新化学探针时,研究人员都至少应该用两篇文章验证其特性,或是寻找能够分辨它的同行求助。他说,生物学家在开展一些控制组实验之前绝不会使用一种抗体,或是从一名同事那里拿来一个克隆基因而不加测序就使用它。所以无论哪来的工具化合物都应该先确定结构正确、纯度足够。现在LCMS和NMR都可以以较大通量鉴定样品结构和纯度。对于手性化合物可以用手性色谱柱、旋光、VCD、X-ray等技术鉴定绝对构型和手性纯度。

即便是供应商提供的化学物质含有正确的化合物,用它得到的结果也未必正确。很多时候,一瓶试剂的问题是从打开瓶子后开始的。德国默克公司生命科学试剂部门主任Heather Holement说,反复冷冻和解冻会对化合物产生影响;溶解在有机溶液中的化学物质在加入基于水的环境中(如在细胞和蛋白质化验中)时也会析出溶液。他建议,研究人员应该考虑到试剂批次的质量,并经常用单独的溶剂进行控制组实验。他们还可以通过不用细胞或蛋白质进行分析排除错误信号。

使用化学工具更大的问题是一些研究者对化合物本身性质不了解。澳大利亚墨尔本莫纳什大学血液病学者Jake Shortt跟踪了一个常见的做法,将抗癌药物溶解在N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)溶剂中,然后将其注射到小鼠体内,他发现单独注射了该溶剂小鼠居然出现肿瘤应答。那些数据表明,N-甲基吡咯烷酮本身就有抗癌活性,可是部分研究者依然将N-甲基吡咯烷酮当作“惰性液体”使用。

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