【成功案例】找位点，测变化 — 看氢氘交换质谱如何助力创新药研发

自药品审评审批制度改革以来，大量医药企业挤入创新药赛道，中国医药创新市场从注重规模到聚焦质量的转型升级已是大势所趋。新的技术手段为药物研究与发现提供了先进、可靠的技术支撑，强 力助推原始创新。

氢氘交换质谱(HDX MS)作为研究蛋白质高级结构不可或缺的技术，可以应用于推测蛋白质表位构象、研究蛋白结构动态变化和蛋白间相互作用位点以及鉴别蛋白表面活性位点等方面，已经在高校、科研机构、CRO公司有了越来越广泛的应用。下面，请跟随小编，看看拥有世界 领 先药物发现技术平台的维亚生物是如何结缘沃特世氢氘交换质谱、帮助加速药物发现进程的吧！

氢氘交换质谱初体验

成立于2008年的维亚生物，凭借其世界领 先的药物发现技术平台，为全 球制药企业及生物技术公司提供新药研究阶段的CRO服务，搭建了X射线蛋白晶体技术、冷冻电镜技术、亲和力质谱筛选技术、氢氘交换质谱技术、计算机辅助药物设计等多个先进技术平台及专家团队。

图1. 维亚生物公司外景。

2015年，在帮助客户研究sirt1蛋白激动剂作用机理的过程中，维亚生物首次接触到了氢氘交换质谱技术，并通过它从难结晶的蛋白中设计出一个可结晶的蛋白片段。研究过程中，团队利用氢氘交换质谱研究化合物的结合位点并分析化合物结构激活剂的分子机理。在比对了氢氘交换质谱与X射线晶体衍射方法和核磁共振方法之后，团队发现三者的研究结果基本吻合。最 后，整个项目大获成功并被发表在著名期刊《Nature Communications》上。

维亚生物高级副总裁蔡建华博士说到：

通过这项研究，氢氘交换质谱给我们留下了非常深刻的印象，让我们充分感受到这项技术的准确性和可靠性，也让我们意识到氢氘交换质谱是药物作用机理研究非常重要的技术手段之一。这也是我们为什么要建立氢氘交换质谱平台的起点。

氢氘交换质谱在药物研发中的应用

氢氘交换质谱是一种研究蛋白质空间构象的质谱技术，主要应用于小分子药物研究、生物药研究、生命科学研究和病毒研究。其原理是将蛋白质浸入氘水溶液中，蛋白分子主链中的酰胺氢会以不同速率与溶液中的氘发生交换，这一定程度上依赖于构型。由于氘的质量数比氢大1道尔顿，所以发生氢氘交换后蛋白质的质量会增大。通过质谱可以检测到蛋白质不同序列片段的氢氘交换数目和速率，从而得出蛋白质空间结构的相关信息，推测出不同位点的活性程度。

与其他研究蛋白结构或蛋白与化合物相互作用的方法相比，氢氘交换质谱有其独特优势。比如：学术上认为核磁共振方法对目标蛋白的大小有所限制，对于一些过大的蛋白是无法研究的； 而X射线晶体衍射方法的关键在于蛋白能否结晶。对于一些过大的、难结晶的蛋白，氢氘交换质谱是研究其机理的理想选择。

维亚生物项目经理刘天颖博士说到：

不同的蛋白质结构研究方法有其长处也有其限制，我们可以将这些方法互相补充使用，来更好地了解要研究的目标蛋白或者蛋白化合物的复合体，从而为新药研发体系提供一个更完整的解决方案。

图2. 维亚实验室内的Waters ACQUITY UPLC M-Class HDX/ SYNAPT G2-Si HDMS系统。

流程自动化的系统解决方案

氢氘交换实验的特点在于多时间点、各个时间点多次重复实验， 因此对实验精确性、重现性要求非常严格。沃特世提供的氢氘交换质谱平台将采用HDX技术的 ACQUITY UPLC M-Class系统、沃特世质谱仪 SYNAPT G2-Si HDMS以及HDX特定应用软件DynamX进行有机结合，帮助维亚生物将手动分析过程转变为一套集成式自动化系统解决方案。

维亚生物项目经理刘天颖博士说到：“一方面是考虑到我们与沃特世历来良好的合作经历，另一方面考虑到平台完整度，沃特世可以给我们提供从仪器到耗材再到软件的一站式完整解决方案。所以，我们最 终选择了沃特世平台。”

Waters UPLC HDX MS系统可以自动进行标记实验、自动终止标记实验，自动进行进样分析并自动在线酶切。刘天颖博士说： “包括机械臂在内的自动化操作，有助于我们尽可能地减少手工操作造成的偏差。举个例子，假设实验安排非常紧迫，我们可以让这个仪器在实验室单独完成过夜实验，不需要人工操作，这样约等于一天24小时都可以进行实验操作，是效率非常高的一套设备。”

图3. 实验人员正在操作氢氘交换质谱。

维亚生物项目经理刘天颖博士说到：

在服务客户的过程中，我们的客户广泛认可沃特世的HDX平台是一个成熟、完整且可靠的解决方案。由于平台提供一定的可修改空间，实际实验过程中，我们针对具体的项目会对流程进行一些创新，以更好地满足客户的需求，这也让客户一直以来对我们的实验结果很满意。

准确的定量和全面的数据覆盖

高通量、高灵敏度和高分辨率的数据对氢氘交换实验至关重要， 有助于满足复杂体系研究的要求，实现未知化合物的鉴定工作。

然而，面对氢氘交换质谱联用给出的繁杂数据，人工处理的工作量极大。如果仅靠手动记录、组织这些数据，可能需要花费四周左右的时间才能完成一套实验数据的处理。不仅时效性差，且需要专业解析。而DynamX HDX数据分析软件解决了这一问题，它为维亚提供了一个强大的数字化分析平台（自动数据排序、含量曲线、蝶形图以及差异图等），帮助研究人员快速评估蛋白质中可能的构象变化。

图4. DynamX软件中的多维度对比视图。

维亚生物项目经理刘天颖博士说到：

DynamX软件的用户交互是比较直观的，使用起来非常便利。在DynamX软件的帮助下，我们只需要一周不到的时间， 就能完成整个一套实验数据的确认和处理。

发展前景

随着近两年市场竞争愈发激烈，很多国内公司开始做真正原创的项目，他们需要新的技术手段来帮助他们解决机理问题。未来，维亚生物将继续增强技术壁垒、提升研发与生产服务能力，为全 球更多的创新药企业提供优质的多元化服务，助益全 球病患。