上周《科学转化医学》杂志发表一篇奎宁作用机理的文章。这个工作利用质谱加细胞内热迁移（MS-CETSA）技术分析奎宁和甲氟喹对疟原虫蛋白组中蛋白的稳定作用。作者首先用叶酸受体拮抗剂乙胺嘧啶和一个叫做E64d的蛋白酶验证了MS-CETSA在这个系统的可行性，然后发现一个叫做嘌呤核苷磷酸化酶（PfPNP）的蛋白是与奎宁和甲氟喹作用的生物靶点。作者制造了重组PfPNP，证明奎宁以高强度（nM）与其催化结合腔结合、并得到二者复合物的晶体结构。
解析
疟疾是热带、亚热带地区的主要流行病，现在每年还有50万人死于这个疾病，中国科学家发现的青蒿素是支柱疗法。但随着传染这个疾病的蚊子对杀虫剂的耐药和疟原虫对标准抗疟药物的耐药，疟疾有反弹的趋势，所以未来可能需要新型抗疟药物或组合。但多数抗疟药物都是通过表型或临床研究发现、分子机理未知，这令理性组合缺少根据。奎宁类药物是最大的一类抗疟药物，一般认为与血红素解毒有关。但分子机理非常模糊，最近有研究显示甲氟喹可能与核糖体结合，而奎宁本身靶点蛋白此前未知。
CETSA是近年兴起的一个无需探针的靶点鉴定技术。其工作原理是小分子配体与蛋白结合后通常会令这个蛋白热稳定性增加，所以药物处理的整体细胞或打碎细胞受到梯度加热会逐渐令蛋白变性。在特定温度下只有稳定的蛋白存在于溶液中、可以用质谱鉴定。这个技术可以扫描大部分可溶性蛋白组（太大蛋白不行），所以对于寻找机理未知药物的生物靶点非常有用。这个技术另一个更常见用途是验证你正在优化的化合物在细胞环境下确实与目标靶点结合，以避免优化脱靶活性。这个技术的一个缺点是如果干扰天然蛋白复合物会令部分蛋白稳定性下降，事实上经常观测到化合物会令很多蛋白熔点下降。甚至针对同一靶点蛋白的化合物中也会有部分化合物增加稳定性、而同系物降低稳定性的情况。
虽然17世纪就有使用奎宁的记载，但直到80年代才有耐药人群出现，这说明奎宁可能调控多条生物途径。虽然奎宁和甲氟喹的CETSA活性类似，但在纯化PfPNP的活性差一千倍、而羟氯喹根本没活性。这也说明PfPNP不一定是奎宁唯一机理，在治疗浓度下还有其它机制。耐药与一个叫做pfmdr1的膜转运蛋白拷贝数正相关，所以奎宁靶点可能在细胞内、这是本文作者重点关注的地方。虽然此前业界不知PfPNP是奎宁的分子靶点，但根据生物学信息PfPNP也成为一个正在开发的抗疟靶点。不过其它PfPNP抑制剂虽然在某些动物模型有效，但在某些模型无效。另外宿主细胞也有多种类似蛋白存在，令这个靶点的重要性受到质疑。
已经用了五百年的老药用现代高科技还无法高清其全部机理，可以想象即使在今天的技术支持下从头理性设计出奎宁、青蒿素这样的有效抗疟药也不是一件容易的事情。不仅这些天然产物的药理非常复杂、合成也非常困难，如果不是天然存在几乎没有可能出现在筛选化合物库中。人类在没有现代科学的时代发现奎宁的治疟疗效得益于疟疾流行的热带也盛产富含奎宁的金鸡纳树（奎宁也叫金鸡纳霜），另一个百年老药水杨酸来自柳树皮，而柳树多生长在易发关节炎的湿热地带。这种天然产物与其治疗疾病的天人合一令不懂化学、生物的古人仅凭神农尝百草的粗暴方式也能比较容易找到一些药物。上帝关上一扇门但同时打开一扇窗，令人类得以繁衍生息。
用了几百年的奎宁现在机理还是一地鸡毛说明理性药物设计的复杂和粗糙，当然即使少量临床数据就可以大大简化临床前的胡猜乱想。遗憾的是因为伦理原因现在神农已经不能随便尝百草，现在得到这个信息只能深度挖掘人体基因学数据。如果没有人体基因学数据，继续发明CETSA这样高科技是增强设计逻辑的唯一出路。
