公民科學(xué)家助力藥物發(fā)現(xiàn)：Drugit分子樂高成功設(shè)計活性VHL配體

2025年4月，范德堡大學(xué)Jens Meiler團隊與勃林格殷格翰合作，在《Nature Communications》上發(fā)表研究《Drugit: crowd-sourcing molecular design of non-peptidic VHL binders》。

Drugit是基于熱門在線公民科學(xué)游戲Foldit開發(fā)的小分子設(shè)計模式，首次通過眾包模式招募公民科學(xué)家設(shè)計靶向Von Hippel-Lindau（VHL）E3連接酶的特異性結(jié)合劑。上百名玩家在滿足多重成藥性要求下，創(chuàng)造了數(shù)千個分子。其中一位業(yè)余玩家設(shè)計的分子在蛋白質(zhì)NMR實驗中顯示出劑量依賴性結(jié)合能力，其與VHL的共晶結(jié)構(gòu)證實了設(shè)計思路的準確性，這一結(jié)果有力證明了公民科學(xué)家能通過游戲化平臺，為復(fù)雜藥物分子設(shè)計提供創(chuàng)新解決方案，為早期藥物發(fā)現(xiàn)的開放創(chuàng)新提供了新模式。

VHL：PROTAC技術(shù)的熱門引擎
VHL E3連接酶是CUL2-RBX1-ElonginBC-VHL泛素連接酶復(fù)合物的核心組分，也是蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs）中常用的E3連接酶之一，通過招募泛素化系統(tǒng)實現(xiàn)靶蛋白降解。單個VHL配體可與不同靶蛋白配體結(jié)合，構(gòu)建針對多種疾病靶點的降解劑，是極具價值的藥物開發(fā)工具和理想測試案例。

玩家化身“分子工程師”：Drugit如何運作？
Drugit VHL謎題系列包含十輪謎題，于2021年10月20日至2022年1月12日連續(xù)發(fā)布。十輪謎題保持蛋白靶點結(jié)構(gòu)不變，差異化設(shè)置起始分子與評分權(quán)重，并由藥物化學(xué)家審核并調(diào)整優(yōu)化限制條件。Drugit框架支持復(fù)合物全自由度幾何優(yōu)化，但研究中為模擬早期藥物發(fā)現(xiàn)流程，固定蛋白質(zhì)構(gòu)象僅允許小分子移動。該策略與早期藥物研發(fā)的設(shè)計方法接近，可以引導(dǎo)玩家聚焦先導(dǎo)化合物結(jié)合模式的適配性優(yōu)化。Drugit界面如圖所示：

• 拖拽原子面板：實時添加/刪除化學(xué)鍵、改變元素種類或鍵序
• 片段工具：一鍵插入官能團，快速組裝類藥分子
• 實時評分系統(tǒng)：綜合Rosetta能量和多重成藥性參數(shù)計分
• 撤銷功能：以顏色編碼可視化操作路徑，支持回溯以進行多路徑探索Drugit界面

從虛擬設(shè)計到真實分子：多重篩選漏斗
賽后篩選中，研究人員先從6500個玩家設(shè)計化合物中剔除結(jié)合位點匹配度差的分子，結(jié)合空間計算工具與藥物化學(xué)判斷，初篩出1073個分子。隨后通過構(gòu)象分析和理化性質(zhì)評估，保留潛力化合物并基于專業(yè)經(jīng)驗進行藥物結(jié)構(gòu)優(yōu)化。再經(jīng)機器學(xué)習模型預(yù)測藥物活性和結(jié)合能力，最終依據(jù)合成可行性、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)多樣性等標準，選定19個分子進入專家評審及合成階段。

玩家設(shè)計的分子如何變成候選化合物？關(guān)鍵在藥效驗證：
研究人員利用TR-FRET競爭結(jié)合實驗初篩合成分子活性：

1. 使用Access Workstation工作站配合Echo聲波移液系統(tǒng)，將測試化合物轉(zhuǎn)移至384孔板，設(shè)置11點5倍梯度稀釋（最高濃度100μM），每孔終體積150nL；
2. 通過Echo聲波移液系統(tǒng)添加15nL Cy5標記VHL示蹤劑（10μM）；
3. 全孔加入15μL反應(yīng)混合液，室溫孵育40分鐘后，用高通量酶標儀按TR-FRET標準程序檢測信號。

Access Workstation自動化平臺優(yōu)勢：

• 微量化檢測，降低實驗成本，加速高通量藥物篩選
• 直接稀釋，消除連續(xù)稀釋誤差，提升活性化合物發(fā)現(xiàn)率
• 模塊化可擴展，靈活應(yīng)對實驗室檢測要求變化
• 穩(wěn)定運行，全球裝機200+充分驗證，保障實驗可重復(fù)性