DARTS技术:药物靶点筛选领域的“常青树”
阅读:155 时间:2025-03-10

 

药物靶点筛选是现代药物研发的核心环节,而蛋白质作为药物作用的主要靶标,其高效鉴定技术一直是科研人员面临的重大挑战。在这一背景下,药物亲和响应靶标稳定性(Drug Affinity Responsive Target Stability, DARTS)技术应运而生。DARTS技术以其独特的“药物-靶蛋白结合增强蛋白酶抗性”的分子机制,为蛋白质靶点的高通量筛选提供了革命性的解决方案。自2009年首次被提出以来,DARTS技术已成功应用于多种药物和生物样本的靶标鉴定,并凭借其无需化学修饰、兼容复杂生物体系的技术优势,在药物发现、功能蛋白质组学及转化医学研究中持续发挥重要作用,成为迄今为止应用最广泛的靶点筛选方法之一。

 

1. DARTS技术的诞生

 

DARTS技术由Lomenick团队于2009年在《美国国家科学院院刊》(PNAS)首次报道。其理论基础源于对生物大分子相互作用的深入观察:当DNA与转录因子结合,或蛋白质与天然配体(如糖类、核酸)相互作用时,其结构稳定性显著增强,表现为对核酸酶或蛋白酶的水解抗性大幅提高。基于这一现象,研究者提出了一个创新性假说:小分子药物与靶蛋白结合后,可能会增强靶蛋白对蛋白酶解的耐受性。

 

为验证这一假设,研究团队在重组蛋白体系中进行了系统实验。他们以经典的药靶对FKBP12及其抑制剂雷帕霉素/FK506作为模型,发现经药物处理的FKBP12对枯草杆菌蛋白酶的敏感性显著降低(EC50下降约5倍),而无关药物则无此效应。进一步在结合力较弱的E4-mTOR系统中重复实验,仍观察到显著的水解保护现象,从而初步证实了该方法的普适性。

Figure 1 DARTS技术原理示意图A、DARTS技术概念图B、重组人FKBP12蛋白与指定的药物共同孵育后,经枯草蛋白酶消化的原理验证C、mTOR激酶抑制剂E4的DARTS实验

 

在复杂生物体系验证中,研究采用了靶向EF-1α的天然产物didemnin B处理Jurkat细胞。通过SDS-PAGE分析,药物处理组在50 kDa区域出现了明显的保护条带,质谱鉴定确认为EF-1α蛋白。进一步的免疫印迹实验表明,EF-1α的酶解保护效应呈现药物浓度依赖性,为DARTS技术的可行性提供了直接证据。

 

Figure 2 全细胞裂解液DARTS实验A、完整的Jurkat细胞用DB(1 g/ml)处理,并对裂解液进行嗜热菌蛋白酶消化和考马斯亮蓝染色B、通过质谱分析揭示保护条带中的EF-1蛋白C、通过免疫印迹检测DARTS

 

基于这些基础研究,研究团队通过多组药靶对验证了该技术的通用性,并成功实现了对药物白藜芦醇分子靶标的筛选。DARTS技术因其操作简便、无需化学修饰等优势,迅速成为药物靶点筛选的重要工具,至今仍被广泛应用于靶标发现研究。

 

 

2. DARTS实验流程

 

1)样本选择

 

以哺乳动物细胞为典型样本,推荐使用非变性裂解缓冲液(如TNC缓冲液:50 mM Tris-HCl,50 mM NaCl,10 mM CaCl2,pH 8.0)。蛋白酶的选择需根据靶蛋白特性进行优化,常用的酶包括枯草杆菌蛋白酶、嗜热菌蛋白酶及链霉蛋白酶(后者应用最广泛)。

 

2)实验步骤

 

⭐蛋白提取:用预冷的PBS清洗细胞3次,加入含蛋白酶抑制剂的裂解液(500 μL/10cm培养皿)。通过超声破碎(10 s脉冲×3次,功率30%)或冻融循环(液氮/37℃交替3次)完成裂解。

 

⭐药物处理:4℃下12,000 ×g离心15分钟,取上清进行蛋白定量(BCA法)。调整蛋白浓度至4-6 μg/μL后分组处理:实验组加入药物(推荐终浓度为10×IC50,最高不超过200 μM),对照组加入等体积溶剂,室温孵育1小时或4℃孵育过夜。

 

⭐酶解反应:将链霉蛋白酶梯度稀释(按照蛋白酶与样本中蛋白量的比例:0、1:100、1:200、1:500、1:1000、1:2000)。每组样本分装后加入对应浓度的酶液,每份样本均保留一半作为非酶解对照组。室温反应30分钟,通过95℃加热5分钟终止反应(可加入Loading Buffer)。

 

⭐靶标鉴定:通过SDS-PAGE(考马斯亮蓝/银染)进行初筛,差异条带经胶内酶解后进行质谱分析。定量验证建议采用Western blot,以内参蛋白(如β-actin)作为对照。

 

Figure 3 DARTS实验流程

 

3. DARTS技术的优势与局限性

 

1)技术优势

 

1

操作简便:无需同位素标记或化学修饰;

2

成本效益:常规实验室设备即可完成;

2

广谱适用性:兼容细胞裂解液、组织匀浆等多种样本类型。

 

2)现存挑战

 

1

特异性限制:在复杂样本中,高丰度蛋白可能掩盖低丰度靶标的信号;

2

灵敏度瓶颈:难以检测到弱结合或低表达的靶点;

2

假阳性风险:非特异性蛋白聚集可能产生干扰信号。

 

尽管如此,随着蛋白质组学技术的不断进步,基于质谱的LiP-MS(Limited Proteolysis-MS)及TPP(Thermal Proteome Profiling)等新兴方法逐渐成为主流。然而,DARTS技术在靶标验证环节仍具有独特价值,可与这些新兴技术形成互补。

 

4. DARTS技术与LiP-MS技术对比

 

DARTS(药物亲和响应靶标稳定性)与LiP-MS(有限水解蛋白质谱)均为基于“蛋白质-配体结合后酶解特性变化”的药物靶点筛选技术。二者在实验逻辑上存在一定相似性,甚至部分研究中将“LiP-MS”称为“DARTS-MS”,导致名称混用和概念混淆。然而,它们在核心原理、技术细节及应用场景上存在较大差异。在研究中,可将DARTS与LiP-MS作为“宏观筛选”与“微观解析”的互补性技术,也可通过协同工作流(LiP-MS→DARTS)兼顾靶标发现与验证。

 

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5.总结

 

作为药物靶点研究的经典技术,DARTS凭借其简便性和经济性在早期药物筛选中发挥了重要作用。尽管新兴技术在多维组学分析深度上更具优势,但DARTS与Western blot联用的靶标验证体系,仍为功能确认提供了高效解决方案。未来,通过优化蛋白酶筛选策略、引入定量质谱技术,DARTS有望进一步提升其在复杂体系中的应用潜力

 

 

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