我们在研究某个基因或蛋白功能的时候,敲降表达水平、抑制活性或阻断结合能力是我们的常规手段,这些手段一般对应着的则是siRNA(或shRNA)、小分子抑制剂(Pharmacological inhibitor)或中和抗体(Neutralizing antibody)。但这些分子如何选择,有时候真的是让人崩溃。
siRNA特异性好,目前外包合成也快,价格一般也不算高,但转染是个麻烦事,尤其是转巨噬细胞的时候,费老大劲都还是不行,最后还得改为慢病毒,成本就这样上去了。
小分子抑制剂是我觉得最经典的最方便的选择了,因为分子小,基本不挑细胞,价格也普遍能接受(主要指一些常见通路的抑制剂,偶有极个别例外)但是它经常让人困扰的就是多靶点这个痛点了,或者说脱靶或特异性不够高。但文献或产品资料里面经常写specific inhibitor,请千万不要被这个坑爹的描述给骗了!后面一段,我们来看看具体的例子。
中和抗体特异性也很高,但价格一般也很高,所以,穷课题组就别优先考虑这个了,尤其是要用于动物实验的情况下,除非刚好你这个中和抗体因为某些特殊原因莫名其妙地低。
按我个人经验,研究成果要往IF > 5的SCI期刊上发,两种抑制手段同时上是一个更好的选择,免得到时候审稿人挑刺抬杠了。
siRNA一般直接找第三方外包公司就行,基本不存在选择的问题。这几天让我不爽的主要还是小分子抑制剂和中和抗体选择的问题,随便查查搞搞,花一两天,哎!
重点以这两个案例来讲讲选择方法。
案例1:HSPA8
①先查找这个分子的基本信息——HSPA8是什么分子?有什么结构特征?如何发挥功能?
HSPA8,全称heat shock protein family A member 8,同HSC70或HSP73等一堆乱七八糟名字,它是一种分子伴侣,也是分子伴侣介导的自噬中的关键组分。它主要定位在细胞质和溶酶体,可以识别具有特定基序(如-KFERQ)的蛋白质,并将它们护送到溶酶体降解。然鹅,我们研究的这个HSPA8的假说机制是它在胞外作用到细胞膜上的,所以就只能找膜外调控机制的信息,然后再看经典的小分子抑制剂是否可以靶向相应的结构。运气还可以,有文献报道了HSPA8可以通过其C端的底物结合结构域(substrate binding domain,SBD)在胞外结合我们感兴趣的靶蛋白X。NBD(nucleotide-binding domain,核苷酸结合结构域)对调节肽结合和释放至关重要,这取决于其不同的ATP结合状态。在ATP与NBD结合的状态下,SBD结构域介导的底物结合亲和力较低,且SBD的“盖子”(lid)是打开的;在底物结合后,ATP被水解为ADP,SBD的“盖子”关闭,底物结合亲和力增加。反过来,SBD结构域通过与底物结合,也会影响NBD的ATP酶活性。NBD和SBD之间的连接肽参与结构域间的通信。根据这些背景信息,我们可以知道,阻断SBD和目标蛋白的结合可以更有效地抑制HSPA8活性。
②小分子抑制剂选哪个?
我们决定选择能结合HSPA8 SBD的pifithrin-μ,而不是结合NBD的VER-155008。但是,问题又来了:我们以HSPA8 inhibitor为关键词搜索的时候可以搜到pifithrin-μ,说它是specific inhibitor;但我们再以pifithrin-μ为关键词的时候,你会发现这玩意儿还TM可以通过减弱p53与Bcl-xL和Bcl-2的亲和力特异性抑制p53,及其线粒体分支通路,不影响其转录调控信号【1】。很多试剂网站是这种说法,但后经Gemini 3 Pro(https://sci.justscience.cn/chatgpt)提示,再仔细查阅文献发现了不一样的说法:pifithrin-μ与BAK, BCL-xL, GRP78, p53, HSC70或HSP90都不存在可检测到的互作,即使延长暴露时间【2】。Gemini 3 Pro说的是pifithrin-μ通过作用在HSP70上影响了其与p53互作,导致p53功能被抑制的,但是在这篇文章【2】中,我没看到相应的说法。但不管怎样,即使不与p53直接互作,pifithrin-μ也不仅仅抑制HSPA8,它抑制整个HSP70家族,包含至少13种蛋白【3】。所以,还是很坑!闭眼选的话,等到审稿阶段就更痛苦了。继续看看中和抗体吧!
③抗体选哪个?
看看中和抗体吧!因为HSPA8这个分子一般被认为胞内蛋白,不是分泌到胞外或膜上的蛋白,虽然常见,但还没像IL17A一样,被广泛作为一个治疗靶点,所以没有一些被广泛证实有高效抑制作用的抗体类药物,比如司库奇优单抗(Secukinumab)。那就先找找文献,以“neutralizing antibody HSPA8”为关键词在谷歌上找到了一篇文献【4】,里面所用中和抗体就是普通的用于实验检测的抗体,但是只写了“polyclonal rabbit IgG antibody; Abcam”,并没提供具体货号。所以只能继续查看哪个货号的抗体对应的免疫原含有HSPA8的SBD区域。Abcam官网上找到货号ab154415的抗体所用免疫原序列是人HSPA8 aa450到C-端序列(总共646个AA(氨基酸残基)),ab137808对应免疫原序列是人HSPA8 aa300-600,再继续从NCBI上查到aa394-509位是SBD(下图)。所以,用于生产ab154415抗体的免疫原含有HSPA8 SBD(共116个AA)中的60个AA,用于生产ab137808抗体的免疫原涵盖了完整SBD序列(包括底物结合口袋SBDβ和盖子 SBDα),所以ab137808这个抗体理论上包含能封闭底物结合口袋的抗体克隆的可能性更大(参考Gemini 3 Pro的意见写的)。

Abcam上两个HSPA8抗体信息

NCBI上人HSPA8氨基酸序列信息
综上,HSPA8用中和抗体更合适一些,但是价格有点高,官网价格100 μl装5400元,实际购买打个七八折,也得4000左右。pifithrin-μ 5 mg装400多,真香!小分子的非特异性问题是行业问题,咱也没办法,还是先用pifithrin-μ吧!实验结果如果不理想,我们再用抗体。
案例2:Calprotectin (S100A8/A9)
①先查找这个分子的基本信息
S100A8、S100A9这两个分子在我这两年的工作中经常遇到,比Calprotectin这个名字好像更常见,可能是因为和NETs的关系太密切。S100A8属于S100蛋白家族,通常与 S100A9 蛋白构成稳定且与受体亲和性更高的异二聚体 (S100A8/A9)复合物Calprotectin,该异二聚体在其许多功能中起着核心作用,包括NETs的释放。除了TLR4受体,S100A8/A9复合物的常见受体还有RAGE和CD36【5】。与其它受体相比,S100蛋白通常对TLR4受体更具有亲和性【5】。计算机模型计算结果发现,ClusPro生成的模型中,S100A8同源二聚体与TLR4的亲和性更高,结合自由能更低,而HADDOCK软件的结果显示S100A8/A9结合更好【5】。在S100A8/A9与TLR4结合时,S100A9发挥了关键作用,而S100A8几乎不与TLR4结合【5】。
②直接搜一下都有啥抑制剂
首先搜到的是Paquinimod (ABR-215757),大量资料都说它阻断的是S100A8/A9复合物与受体的结合,但具体是怎么作用的?是作用在S100A8还是S100A9上?还是两者都有?还是其受体上?哎,又得查半天文献...经过一番文献考古,找了2009年的一篇论文【6】暗示了,ABR-215757(用这个名字搜能搜到更早期的文献)与S100A9的亲和力更强,比S100A8同源二聚体或S100A8/A9异源二聚体结合更紧密。继续查找资料发现,ABR-215757也可以靶向S100A12【7】,小分子抑制剂的通病。不过,好在我们研究的复合物中没有发现S100A12。
再看看另一个S100A8/A9抑制剂ABR-238901(与ABR-215757不是类似物,二者结构差异很大):很多试剂公司网站或文献上说的它可以阻断S100A8/A9与RAGE或TLR4受体结合,也有文献说它是有效的S100A9抑制剂【8】,但未发现资料说它是S100A8的抑制剂。我猜很可能也主要是通过抑制S100A9发挥作用的,感兴趣的朋友可以自己再多查查。在我们目前的项目中选择Paquinimod(ABR-215757)即可。
③中和抗体选哪个?
我们的研究是暂定以S100A8/A9复合物为对象的,所以可以选用该复合物作为免疫原的抗体。我觉得也可以选S100A9抗体,因为它是Calprotectin中的关键亚基,但也存在一点问题:S100A9单体或S100A9同源二聚体可能也会收到影响。不过,最好都要有相关文献支持。
Abcam上好几个S100A8/A9复合物抗体的免疫原信息都是保密的,直接放弃。Bio-Techne货号为MAB45703或MAB45701的抗体的免疫原是S100A8/A9,据官网信息,它在ELISA实验中的是不会识别S100A8或S100A9单体的【9】。如果形成同源二聚体,这两个抗体是否可以识别,不得而知。
ThermoFIsher的6279-RBM5-P1这个抗体,从其名称推测,应该是可以结合S100A8/A9复合物和S100A9两种形态的蛋白【10】。至于中和效果,因为没查到相应的结合位点信息,这两个抗体都只能后面通过实验来验证了。另外,如果是只研究这个异源二聚体,要特异性识别这个复合物,不能受同源二聚体和单体的影响,估计就得自己参考文献【11】开发自己的抗体了。因为这个文章中并未直接测试或明确说明这些抗体对S100A8或S100A9同源二聚体的结合情况,所以开发的时候估计还得自己多加两个对照组。啊~心好累!
综上,还是先用便宜又好用的小分子抑制剂Paquinimod(ABR-215757),ABR-238901这个抑制剂可能是新产品,价格跟抗体差不多了,最小包装5 mg价格要3200了,果断放弃。
题外话:我经过了一番折腾选择确定了两个小分子抑制剂,别人根据文献直接也选择了两个小分子抑制剂,而客户是很难看出来区别的。类似的事情,在我们认真执行整个科研服务过程中是随处可见的,如果稍有不慎,留下隐患,将来客户文章发表遇到问题,这些锅,我们是非常难甩掉的。如何解决这个问题?方案一是彻底放弃整体课题的服务,方案二是选择一个普遍适用于多个课题的研究领域,深入做下去,这样相关细节会越来越熟悉,方案设计也是手到擒来,对应的实验也就更是不在话下了。目前我们技术服务团队选择的是方案二,因为直接放弃团队会饿死。我们的研究领域两年前定在了NETs(neutrophil extracellular traps, 中性粒细胞胞外诱捕网)相关领域,NETs诱导、提取、检测等操作已经驾轻就熟,希望对NETs感兴趣的朋友可以一起来交流。
这是个非常有意思的问题,答案是有的蛋白水平会降低,有的蛋白不降反增。案例:抑制剂AZD5363处理后p-Akt水平增加,以后有空再展开说说。
参考文献
1. https://agscientific.com/products/inhibitors/additional-inhibitors/pifithrin-%CE%BC-10-mg.html
2. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2771108/ 这篇文章超级难找
3. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4837186/
4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24501193/
5. https://doi.org/10.1007/s10930-024-10186-0
6. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2671563/#pbio-1000097-g001
7. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3640742/
8. https://www.mdpi.com/1422-0067/25/18/9980/review_report
9. https://www.rndsystems.com/cn/products/human-s100a8-s100a9-heterodimer-antibody-900028_mab45703
10. https://www.thermofisher.cn/antibody/primary/query/S100A8/A9
11. https://www.jidonline.org/article/S0022-202X(25)00029-6/fulltext