推薦一篇發(fā)表在Nat. Chem. Biol.上的文章，題目為“Pharmacodynamics of Akt drugs revealed by a kinase-modulated bioluminescent indicator”，通訊作者是斯坦福大學的Michael Z. Lin老師和復旦大學的蘇一馳老師，前者的方向主要為光生物學，后者的方向主要有核酸化學、蛋白質(zhì)工程和合成生物學。
衡量藥物的藥效動力學性質(zhì)在藥物研發(fā)中至關重要，但是目前的相關測定手段都費時費力。為了解決這一問題，作者團隊以靶向Akt的藥物為例，設計了一套由激酶調(diào)控的生物熒光體系(KiMBI)用以快捷讀出藥物的藥效動力學特性。
Akt是絲氨酸和蘇氨酸的激酶，其表達的異常上調(diào)常見于乳腺癌和前列腺癌等癌癥疾病中，因此是一個藥物治療靶點。作者希望設計一個被Akt特異識別的底物，在沒有磷酸化情況下有熒光，被Akt磷酸化后發(fā)生構象改變導致熒光信號消失。因此，熒光信號的強弱與Akt的相對含量和活性呈反比。他們將這一體系命名為Akt bKiMBI。在隨后的結構優(yōu)化中，作者得到了信號更強的Akt KiMBI。
隨后，作者將Akt KiMBI用于兩款已知Akt抑制劑ipatasertib和M2698在細胞內(nèi)的藥效動力學測定當中。研究發(fā)現(xiàn)，隨著藥物作用的時間增長，熒光信號的強度也隨之增強，驗證了Akt KiMBI在細胞模型上的有效性。
接下來作者希望可以驗證Akt KiMBI體系指示的藥效動力學與當前被FDA認定的藥效動力學實驗具有一致結論，他們以FDA批準的唯一一款Akt抑制劑藥物capivasertib為研究對象。他們選擇以往capivasertib在藥效動力學評價中使用的細胞系BT474小鼠腫瘤細胞，構建了表達Akt KiMBI和表達突變體KiMBImut兩種細胞，并分別進行capivasertib處理。結果顯示KiMBI細胞對藥物有明顯劑量依賴效應，而KiMBImut對劑量變化反應不明顯。KiMBI細胞的藥物處理時間越長熒光信號越強，當藥物被洗走后熒光信號下降，而KiMBImut全程變化不明顯。他們在活體小鼠上的生物熒光成像實驗也呈現(xiàn)出類似結果。這些結果均與先前的藥效評價實驗結果一致。
因為Akt抑制劑的穿越血腦屏障的能力對治療腦瘤十分關鍵，因此探究Akt抑制劑在腦部的藥效動力學非常重要。作者利用Akt KiMBI體系對capivasertib和ipatasertib兩款藥物在小鼠腦部的藥效動力學進行分析。表達KiMBI的小鼠在給藥ipatasertib后熒光信號弱，在8h后熒光信號逐漸增強至頂峰，在24h后熒光信號又回歸基線。KiMBImut小鼠組全程變化不明顯。而當小鼠給藥capivasertib時，并沒有表現(xiàn)出腦部熒光信號的明顯變化。這說明ipatasertib可能比capivasertib擁有更廣的治療范圍，對神經(jīng)類疾病可能有療效。
此外，作者認為KiMBI既可以是一種評價手段，也可以用于探索新的治療藥物。在先前研究的基礎上，作者對ipatasertib結構做了一些改造，得到ML-B01和ML-B02兩種新化合物，并通過同樣方法測定了其在小鼠腦部的藥效動力學。結論說明兩種新結構都有一定的治療前景。
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團隊希望可以進一步探究Akt抑制劑的藥效動力學和藥代動力學的關系，他們使用使用液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）測量了ipatasertib，ML-B01和ML-B02在小鼠體內(nèi)的血漿濃度半衰期。結果顯示所有三種藥物的藥效動力學反應持續(xù)時間顯著超過其藥代動力學特征。可能的原因包括藥物在腫瘤細胞內(nèi)的滯留、由于腫瘤血管異常化導致的藥物外排延遲，或抑制蛋白質(zhì)合成導致HER2、PI3K、Akt等通路激活因子的長期降低。這些結果強調(diào)了僅通過藥代動力學測量無法預測藥物活性的持續(xù)時間，并突顯了直接藥效學測量的重要性。
最后，作者利用KiMBI方法測定了一種Akt PROTAC，并發(fā)現(xiàn)其有較長的藥效動力學半衰期。團隊認為這說明這款PROTAC類藥物也許可以減少給藥次數(shù)，提高治療效率。
總而言之，團隊通過開發(fā)了一種依賴生物熒光信號的Akt抑制劑藥效動力學特性指示體系，為評價和探索新的Akt抑制劑提供了手段，也為開發(fā)其他類似體系做出了貢獻。
本文作者：ZYH
責任編輯：WYQ
DOI：10.1038/s41589-025-01846-y
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01846-y
