中美科学家合作创建人体分泌蛋白基因库

北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室刘涛研究员团队，与美国斯克里普斯研究所彼得·舒尔茨（Peter G. Schultz）研究团队开展合作，建立了包含近千种药用蛋白的分泌蛋白基因库和单细胞筛选方法，对发现具有全新药用价值的蛋白和新抗体药物的治疗靶点具有重大意义，有望加速药物蛋白的开发和应用。研究论文《分泌蛋白基因库的构建和单细胞筛选》，近日发表在《细胞 - 化学生物学》（Cell Chemical Biology）杂志上。

刘涛介绍，分泌蛋白是由人体细胞释放出来的，在人体细胞、组织和器官之间的通信中起至关重要作用的一类分子。人类基因组中有超过 2000 个基因编码分泌蛋白，约占整个基因组的 10%，其中富含调控生命活动的具有重大药用价值的蛋白，包括抗体、激素、细胞因子、生长因子、趋化因子和蛋白酶等。对于分泌蛋白的研究，不仅有利于理解生物过程和疾病状况，还能用于开发潜在的治疗药物和发现抗体药物治疗的靶标。然而，目前大多数分泌蛋白的功能尚不清楚，同时缺乏有效的筛选方法，这严重制约了新的药用蛋白和药物靶点蛋白的发现。

刘涛研究团队利用反转录病毒，通过一个细胞一个基因（OGOC, one gene one cell）的感染技术，利用分泌蛋白在细胞膜外定位的特点，实现了分泌蛋白基因库的富集。基因深度测序（NGS）结果表明，共有 3699 个基因被富集出来，其中已知的分泌型蛋白基因的读长频率占了 77.77%。该团队还建立了单细胞水平的自分泌筛选系统，这种基于反转录病毒的高通量新型筛选系统避免了蛋白的表达纯化，和基于 96 孔板的传统筛选方式相比，省时省力，为筛选在生命调控过程中具有重大生物学意义以及药用价值的蛋白奠定了基础。

该研究成果发表在 Cell Chemical Biology 杂志上。刘涛研究员为第一作者兼主要责任通讯作者（Lead Contact），北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室为第一责任通讯单位，美国 Scripps 研究所 Peter G. Schultz 教授为共同通讯作者，美国 Johns Hopkins 大学的 H. Benjamin Larman 教授研究团队为合作单位。团队负责人刘涛研究员完成了该蛋白库的建立并设计了筛选方法，刘涛研究团队的研究生贾盼盼完成了该基因库的深度测序分析，团队的博士后马怀雷建立了单细胞的自分泌筛选方法。该工作获得了国家青年千人计划、国家重点研发计划项目（No. 2016YFA0201400）、北京大学百人计划以及美国加州生物医学研究所的资助。

目前，国际顶级制药企业针对分泌蛋白的筛选，是把每一个已知的分泌蛋白单独生产出来，一个一个地保存在冰箱里。药物筛选的时候，在多孔板中一个一个地测试活性。该方法需要耗费大量的资金和人力，产生的蛋白库具有造价昂贵、不易保存、难以进行高通量筛选等缺点。而相比蛋白质，基因的生产成本极低，保存只需要拇指大小的试管。因此，刘涛团队创建了人体分泌蛋白的基因库，并进一步建立单细胞水平的药物筛选方法，让上千种药物的筛选可以在小小的盘子中完成，从而大大降低了药用蛋白库的生产、维持和筛选成本，有望极大加速药物蛋白的开发和应用。

作者简介

刘涛研究员，生于 1982 年。博士，博士生导师，天然药物及仿生药物国家重点实验室独立 PI，北京大学药学院特聘研究员。北京大学百人计划，国家中组部青年千人计划入选者。发表科研论文 20 篇，其中以第一作者或者通讯作者的身份在 Cell Chem Biol, PNAS, J Am Chem Soc, Angew Chem, J Med Chem, ACS ChemBiol, 等一系列杂志上发表高水平论文 13 篇，申请国际专利三项。自 2010 年至今担任 Faculty of 1000 (F1000)的教职成员，作为化学生物学部的点评专家，撰写评论 10 余篇。全英文教学讲授北京大学研究生课程《现代生物药物研究与开发》等。团队研究方向以蛋白大分子生物工程，化学修饰以及细胞的信号转导研究为主。研究团队运用化学生物学，合成生物学和转化医学的研究方法，以遗传密码子扩展技术和分子文库筛选技术为核心，突破大自然中蛋白质是由 20 种天然氨基酸所组成的局限，并将其应用到蛋白大分子制药和阐明疾病的发生发展机理领域，为生物药物的升级换代和开发新的治疗靶点奠定基础。