公民科學家助力藥物發現：Drugit分子樂高成功設計活性VHL配體

2025年4月，范德堡大學Jens Meiler團隊與勃林格殷格翰合作，在《Nature Communications》上發表研究《Drugit: crowd-sourcing molecular design of non-peptidic VHL binders》。

Drugit是基于熱門在線公民科學游戲Foldit開發的小分子設計模式，首次通過眾包模式招募公民科學家設計靶向Von Hippel-Lindau（VHL）E3連接酶的特異性結合劑。上百名玩家在滿足多重成藥性要求下，創造了數千個分子。其中一位業余玩家設計的分子在蛋白質NMR實驗中顯示出劑量依賴性結合能力，其與VHL的共晶結構證實了設計思路的準確性，這一結果有力證明了公民科學家能通過游戲化平臺，為復雜藥物分子設計提供創新解決方案，為早期藥物發現的開放創新提供了新模式。

VHL：PROTAC技術的熱門引擎
VHL E3連接酶是CUL2-RBX1-ElonginBC-VHL泛素連接酶復合物的核心組分，也是蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs）中常用的E3連接酶之一，通過招募泛素化系統實現靶蛋白降解。單個VHL配體可與不同靶蛋白配體結合，構建針對多種疾病靶點的降解劑，是極具價值的藥物開發工具和理想測試案例。

玩家化身“分子工程師”：Drugit如何運作？
Drugit VHL謎題系列包含十輪謎題，于2021年10月20日至2022年1月12日連續發布。十輪謎題保持蛋白靶點結構不變，差異化設置起始分子與評分權重，并由藥物化學家審核并調整優化限制條件。Drugit框架支持復合物全自由度幾何優化，但研究中為模擬早期藥物發現流程，固定蛋白質構象僅允許小分子移動。該策略與早期藥物研發的設計方法接近，可以引導玩家聚焦先導化合物結合模式的適配性優化。Drugit界面如圖所示：

• 拖拽原子面板：實時添加/刪除化學鍵、改變元素種類或鍵序
• 片段工具：一鍵插入官能團，快速組裝類藥分子
• 實時評分系統：綜合Rosetta能量和多重成藥性參數計分
• 撤銷功能：以顏色編碼可視化操作路徑，支持回溯以進行多路徑探索Drugit界面

從虛擬設計到真實分子：多重篩選漏斗
賽后篩選中，研究人員先從6500個玩家設計化合物中剔除結合位點匹配度差的分子，結合空間計算工具與藥物化學判斷，初篩出1073個分子。隨后通過構象分析和理化性質評估，保留潛力化合物并基于專業經驗進行藥物結構優化。再經機器學習模型預測藥物活性和結合能力，最終依據合成可行性、穩定性及結構多樣性等標準，選定19個分子進入專家評審及合成階段。

玩家設計的分子如何變成候選化合物？關鍵在藥效驗證：
研究人員利用TR-FRET競爭結合實驗初篩合成分子活性：

1. 使用Access Workstation工作站配合Echo聲波移液系統，將測試化合物轉移至384孔板，設置11點5倍梯度稀釋（最高濃度100μM），每孔終體積150nL；
2. 通過Echo聲波移液系統添加15nL Cy5標記VHL示蹤劑（10μM）；
3. 全孔加入15μL反應混合液，室溫孵育40分鐘后，用高通量酶標儀按TR-FRET標準程序檢測信號。

Access Workstation自動化平臺優勢：

• 微量化檢測，降低實驗成本，加速高通量藥物篩選
• 直接稀釋，消除連續稀釋誤差，提升活性化合物發現率
• 模塊化可擴展，靈活應對實驗室檢測要求變化
• 穩定運行，全球裝機200+充分驗證，保障實驗可重復性