開刊詞||單細胞新藥研發導論
單細胞新藥研發導論|| 新藥研發管線
將單細胞研究的基本思路與新藥研發的成熟管線結合起來。
人類開展藥物篩選的方法與科學技術的發展密不可分，先後經歷了活體評價（神農嘗百草）、器官/組織篩選，再到現代的分子靶向、細胞表型等方法。在這個歷程中，單細胞技術將怎樣推進藥靶的發現呢？
在講單細胞技術加速藥靶發現之前，我們先來理解一下什麼叫藥靶以及相關的幾個問題：
- 什麼是藥靶
- 如何發現藥靶
- 人體藥靶是有限的嗎
- 如果藥的概念擴展了，藥靶的概念會怎樣擴展
- 細胞本身可以作爲藥（或載體），也可以做爲藥靶嗎
藥物與機體生物大分子的結合部位即藥物靶點。藥物作用靶點涉及受體、酶、離子通道、轉運體、免疫系統、基因等。可見，藥靶不是有機體中天然存在的，它是疾病固有的特徵，舉兩個例子：
- 程序性死亡受體-1（PD-1）： PD-1屬於CD28超家族成員，是由268個氨基酸組成的I型跨膜蛋白。可在T細胞、B細胞等免疫細胞表面表達。不過在T細胞未活化時，幾乎不表達PD-1，僅在T細胞活化之後，PD-1纔在T細胞表面表達。PD-L1在多種實體瘤中持續表達，如肺癌、肝癌、乳腺癌、鱗狀細胞癌以及卵巢癌等。通過PD-L1與T細胞表面PD-1結合，就如同給T細胞使用了障眼法，對腫瘤細胞視而不見，使其逃避了免疫系統的監視及殺傷，繼續逍遙法外。
- 腫瘤微環境。組織缺氧是一個引人關注的腫瘤微環境中的治療靶點，目前研究中的兩種治療策略爲生物還原藥物和分子靶向藥。如HIF-1a作爲一種轉錄因子，在腫瘤缺氧時可以被激活，從而使腫瘤細胞可以更好地適應缺氧環境。開發HIF-1a抑制劑則可以使之失去這種適應能力，進而利用缺氧殺死癌細胞。這個故事告訴我們，靶點並不只是某個蛋白那麼簡單。
但是生物大分子依然使一類最大的經典靶點，那麼僅看人體的生物大分子的話，人體到底有多少潛在靶點呢？在後基因組時代我們可以回答這個問題，人類共有20000--25000個蛋白質編碼的基因，加上人體微生物基因組編碼蛋白基因，這個總量是可以衡量的。研究表明大約有5000個潛在的可成藥的大分子靶點適合用於小分子藥物開發，另外有3200個靶點可適用與生物學治療。
以上，我們簡單明白了靶點的基本性質，那麼我的單細胞分析流程可以從哪些方面來入手藥靶發現呢？
首先，單細胞技術把我們認識靶點的精度拉到組織器官和生物大分子之間，這就是生命的基本單位：細胞。把細胞的類型和狀態及其表達的基因、受體配體、通路、TCR/BCR、酶、離子通道、轉運體的改變放入到新藥研發的流程中我們不難發現，單細胞技術幾乎重新爲這個管線新着了一遍色。
單細胞水平的靶點更加接近真是世界。如EGFR調控的下游信號通路主要有RAS-RAF-MAPK通路和PI3K-AKT -mTOR通路，是細胞增殖和存活的重要信號通路，針對腫瘤細胞，EGFR是抗癌藥物的重要靶點。那麼腫瘤細胞還有哪些特有的通路呢？這時候我們可以做一個差異分析，於是，單細胞水平的生物標誌物（biomarker）和靶點（target）是那樣的接近：
- 生物標誌物可用於預測藥物靶標的可行性
- 生物標誌物幫助找出潛在靶點在哪類細胞上
- 生物標誌物可以幫助選擇合適治療的人羣，提高新藥臨牀實驗的成功率
隨着單細胞多組學和空間技術的成熟，基於系統生物學和生物信息學的生物標誌物及靶標發現系統日益成熟，人們得以快速確定與疾病發生、發展密切相關的關鍵因素，以發現新生物標誌物和新靶標。
參考：
白東魯，沈競康，《創新藥物研發經緯》，2019
Blass,白仁仁（譯）《藥物研發基本原理》，2019
Sarah Middleton,《Cell types to targets Single cell RNA sequencing for drug discovery》
阿波斯托利亞－瑪蒂亞·欽巴瑞多，等 編 趙維蒞，張俊 主譯《癌症轉化醫學研究中的靶向治療 》
Single-Cell Sequencing for Drug Discovery and Drug Development 2017
Single-Cell Mass Cytometry of Differential Immune and Drug Responses Across a Human Hematopoietic Continuum 2011
Heath, J., Ribas, A. & Mischel, P. Single-cell analysis tools for drug discovery and development. Nat Rev Drug Discov 15, 204–216 (2016). https://doi.org/10.1038/nrd.2015.16
DRUG-NEM: Optimizing drug combinations using single-cell perturbation response to account for intratumoral heterogeneity
https://otd.harvard.edu/explore-innovation/technologies/single-cell-high-throughput-drug-screening