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大部分生物医学研究和治疗方法的开发都集中在人类基因组的一小部分，从而忽略了许多疾病相关蛋白以及相关的科学和商业机会。为此，2014 年，美国国立卫生研究院(NIH)启动了Illuminating the Druggable Genome(IDG)计划，旨在围绕药物靶标促进探索目前尚未得到充分研究但可能成药的蛋白质。在本文中，我们也将通过探讨IDG知识管理中心收集的基因、蛋白质、化学与疾病的相关数据，从而说明治疗目标的商业聚焦点和人类基因组治疗靶点的机遇与挑战。

为了更好的表征新靶点在疾病中的作用和选择优先度,研究人员建立了一套知识系统方法TDL (target development level, TDL),用于客观说明人类蛋白质里的靶标可利用水平。这种新方法基本原理是:根据基因及其编码蛋白质的在疾病中的研究情况,结合化学小分子干预和疾病相关数据,对人类基因组的各个区域进行分类,进而确定不同类别的蛋白成为针对特异性疾病创新药物研发的新靶点的潜力。新方法将人类蛋白质分为四类:已作为药物靶标的蛋白归类为Tclin；已经知道是作为小分子调节剂的分类为Tchem；被确认为OMIM疾病表型相关或被Gene Ontology(GO)实验现象注释过的蛋白分类为Tbio；剩余的蛋白被归类为Tdark。

图1 适用于人类蛋白质组的目标发育水平类别

从图1上我们可以看出38%的蛋白属于Tdark;然而，人们对这些蛋白知之甚少并且只有最低数量的分子探针可以用。并且，Tdark蛋白质往往也不是许多NIH R01资助的研究对象，与其他TDL中的蛋白质相比，专利中的讨论明显更少。然而，从知识管理的角度来看，这并不令人惊讶，因为平均而言，蛋白质的生物化学和药理学在达到Tchem开发阶段时可能会得到很好的研究。值得注意的是，对于治疗性抗体和其他生物制剂的靶标，可以完全绕过Tchem阶段。

图2 跨不同数据的目标开发水平分布的模式：可视化Tdark 蛋白的知识缺陷。

而且通过对全球药物销售的商业活动分析看出（如表1），全球药物主要的销售只涉及3%的Tclin。目前人们能够运用小分子特定和选择性的干扰的蛋白只占人类蛋白组的10%。这也从另一方面再次表明，Tdark未得到充分的研究，还有相当的机会有新发现，市场潜力大，更需要进行进一步研究。其中，选择适当的蛋白质作为药物靶点仍然是一个复杂的过程，科学因素需要与商业因素（如公司投资者和医疗保险公司）和社会因素（如医生和患者）以及法律因素（如监管机构的要求）相平衡。

表1 财务(销售和NIH融资)活动

表2 具有抗T活性的临床候选药物(I-III期)总结化学蛋白质 

GPCRs是一种膜结合的细胞表面受体，通过与异三聚体G蛋白、抑制素和其他细胞转导器的相互作用来转导信号。GPCR信号通路的改变与神经精神疾病、免疫学疾病、胃肠疾病、心脏疾病、肾脏疾病、激素疾病、感染性疾病和许多其他疾病的发病机制和治疗有关。GPCRs代表了人类基因组中最大的可用药物靶点家族，有20%到30%的已批准药物对它们起作用。有数据表明略多于一半的非嗅觉GPCRs有针对它们的注释药物和小分子；请参见表3。

表3 可药物基因组蛋白质家族的TDL类别的当前分布

且有分析：少数GPCRs—主要是生物胺、毒蕈碱和阿片类受体。并且，52种被归类为Tdark的非嗅觉GPCR其可用性也已经开始了“照明”过程。其中，126个非嗅觉GPCR和51个嗅觉 GPCR被发现与人类疾病有显着关联。尽管这些关联中的大多数（近 59%）来自文本挖掘，但48个GPCR已从至少两个信息渠道确认关联。值得注意的是，最近在结构引导和化学信息学驱动的药物发现方面的成功显示了创造更安全、更有效的靶向GPCRs的药物的前景。

离子通道介导细胞内、细胞之间、细胞之间与其环境之间的信号传递。离子通道缺陷是人类许多主要疾病的基础，也称为通道病，包括神经元疾病、糖尿病和心力衰竭。这使得离子通道成为药物开发的有吸引力的目标类别。离子通道主要是异质体配合物，需要与特定位置的配体进行最佳的相互作用。

已知的许多药物都能与离子通道结合，其中一些相互作用可能是导致副作用的原因。而要改进现有的药物，就需要在靶标（分子）水平上准确地了解MoA和副作用分配。例如，麻醉药氯胺酮，它被假定为一种非竞争性的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)拮抗剂，已被用作抗抑郁药。然而，对氯胺酮的抗抑郁作用的深入分析发现，其活性代谢物(2R，6R)-羟基氯胺酮(HNK)并不阻断NMDA受体。相反，HNK显示出α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(AMPA)受体的持续激活，并且缺乏氯胺酮相关的副作用。这可能为新型的、快速作用的抗抑郁药的开发铺平了道路。因此可以想象，目前归类为 Tclin 或 Tchem 的一些离子通道在 MoA 和药物特异性方面需要进一步说明。

而阐明Tdark离子通道的部分困难是生理环境的复制和蛋白质在适当的异聚体、成孔功能复合物中的表达。目前，还没有可扩展的系统来研究功能复合物的定位。此外，大多数离子通道具有冗余功能的类似物。这也大大延迟了我们了解体内离子通道功能及其在人类健康中的作用方面的进展。且研究表明其他缺乏计算断言的Tdark蛋白质都需要系统的基因组规模研究。

IDGKMC定量地证明在目前研究较少的Tdark蛋白中仍存在大量潜在重要疾病靶标。在药物发现的实际过程中,疾病新靶标的选择也是至关重要的。当前,靶标的选择优先性是学术和商业药物研发机构共同面临的问题。通过使用TDL分组，我们可以突出多个目标家族的知识积累和缺陷，一个共同的主题是，尽管已知很多，但仍有很大一部分蛋白质组尚未得到充分研究。IDGKMC在阐明这些缺乏研究的地方的同时，也希望研究人员将被授权使用KMC提供的数据和知识来启动这些目标的研究项目。

表4 成功尝试靶向暗基因组的例子

与特定疾病或受体去孤儿化（表 4）的确认关联仍然是分配资源和进一步研究Tdark蛋白的主要动机。如上所述，除了IDG外，研究Tdark蛋白的唯一一个有意的靶向研究是IMPC。截至2017年3月，已经产生了对应于4,165个人类基因的小鼠品系，并提供了可用的表型，其中2,788个已导致具有统计学意义的表型调用。在这2788种蛋白质中，827种(436种Tdark)与2000年至2015年期间NIH资助的任何拨款都没有关联。相比之下，在1961个具有显著IMPC表型呼叫的与NIH资助相关的蛋白质中，只有120个是Tdark。

最后，IDG KMC以及其他从事药物发现工作的数据分析师面临的一个关键挑战是可靠的预测：特别是在检查Tdark蛋白时，实验者想知道接下来要做什么实验，首先应该检查哪些表型变化以及哪种途径与特定疾病相关。