在电脑生成的细胞的一个主要分子泵的模型中进行测试时，主要抗癌药物的反应方式就如其在真实生活中的一样，并且如预期一样——即p-糖蛋白，或称P-gp。专门发表先进发明成果的报刊的主要执笔者，生物学家John G. Wise表示，达拉斯市南方卫理公会大学（SMU）的生物学家发明了一种电脑生成的模型来克服以往只依赖P-gp结构的静态图像的难题。

南方卫理公会大学生物科学院的副教授Wise表示，我们新发明的这种模型有利于研究人员删减P-gp蛋白质中的任何药物来观察其在P-gp分子泵中实际上是如何起作用的。“该基础性研究的价值在于，其生成了一直能够动态机制有助于我们理解生物化学及生物方面的有关问题。”他说。“并且通过详细了解P-gp，我们现在能够找到办法更好，也更清楚如何抑制它。”

P-gp是一种通过排除毒素来保护细胞的分子泵。但是这也会成为难题，因为P-gp会把化疗药物当做有毒的，会防止化疗杀死癌细胞。科学家们正在寻找有效方法抑制P-gp的排出作用。SMU的研究人员测试了一种新的P-gp抑制剂，叫做Tariquidar，目前正在临床试验阶段。抑制剂有望通过停止蛋白质的泵送作用来解决P-gp对化疗的排斥作用。但是，在关于Tariquidar 具体在何处抑制P-gp的问题，药理学研究人员有分歧。

在整个SMU模拟实验中，Tariquidar表现的如预期一样：它并没有快速从细胞中抽出，且研究人员观察到，它在蛋白质中的结合作用很高。“现在我们更加了解了Tariquidar是如何抑制P-gp，在何处发生作用，且真正与什么结合，”Wise说。通过该模型，研究人员还发现了之前没有观察到的其他药物的药理的更多细节，以及这些药物如何在P-gp中结合来阻止其泵送作用。

该研究部分是由国立卫生研究院资金支持的。最近该实验室又接到了NIH的一次拨款来支持该研究。研究结果发表在《生物化学》杂志上。

通过减少真实药物成分来测试虚拟的P-gp模型，Wise与其同事对化疗中的主要药物中的一种柔毛霉素（阿霉素的“近亲”）进行了测试。Wise表示，柔毛霉素是一种具有侵略性的化疗药物，能够停止细胞中的DNA复制，还能将P-gp泵送出细胞。“在很长一段时间内，人们普遍认为，至少有一对药物结合位点，”Wise表示。“当然，通过模型，我们发现，柔毛霉素至少更倾向于在P-gp模型的一端结合，，而维拉帕米—一种调整血压药物—更倾向于在另一端结合。”

研究人员不仅表示药物有两个不同的起始点，还表示，有两种不同的方式使药物结合。“这两种药物在不同的位点开始，并经由蛋白质将其挤压形成漏斗形达到外部，”Wise说。“但是能够挤压药物的蛋白质的实际的部分是不同的。”

Wise与其联合执笔人，SMU生物学家Pia Vogel 和James McCormick，利用SMU的高性能计算机ManeFrame巨大的处理能力，共同创建了P-gp的电脑生成的仿真模型。Wise称，近距离观察分子机械并应用于真实生活的能力，可能会揭开治疗癌症的新药物发现的新篇章。

Wise表示，“一个精确的可以实际运动的模型—可以显示事物动态—大大有利于发展能抵御分子靶标的治疗法来起到抑制作用。胡乱采用其它方法达到这个目的则比较盲目，而且采用盲目方法的成功几率非常低。”

“科学家们已经努力了30年来尝试找出该抑制剂，并且在毫不了解该分子结构，几乎不了解该机制的情况下进行了这么长时间的试验，筛选排查了许多能抑制该作用的化合物。”Wise说。“他们找到了能在试验试管中起作用的药物，也找到了在培养细胞中发挥作用的药物，但是该药物在患者身上并不起作用。由于我们能够观察到泵在运动，因此，通过模型，我们就有可能更好地预测怎样才能使抑制剂真正的发挥作用。”

Vogel与Wise带领其研究团队，采用P-gp模型筛查了上百万的大众使用的类药性的化合物。他们发现了三种可能会抑制P-gp以及更大可能地治疗前列腺癌患者的新药物先导物。研究人员于本月在杂志《药理学研究&视角》发表研究结果。

研究人员正寻找能够暂时制止或抑制P-gp泵的药物化合物，这样进入癌细胞的化疗药物才能继续留在其中，发挥杀死癌细胞的药效。要找到合适的抑郁剂就需要真正掌握泵送作用。如果观察不到活动状态的泵，相关工作就会变得很困难。

之前，通过X-射线结晶学，我们观察到了静态下的类似P-gp的蛋白质之类结构。科学家们利用X-射线结晶学作为工具，通过原子自身的X射线衍射对原子结构与分子结构进行识别，从而基本上画出了详细的生物结构。

为建立P-gp模型，Wise利用了资料库中的结构物，展示了运输中的各种状态，从而模仿出了四个控制点。SMU的超级计算机ManeFrame输入了该蛋白质的各种参量和特征以及它该如何自然地运动，包括何时加入动能，将蛋白质及其周围膜状物和水分的温度升至体温。得出这种模拟有生命物体的模型，需要计算出两种结构之间的差异，还要利用靶向分子动力学来推动模型进入下一研究步骤。

“在此过程中，你需要反复做实验，达上百万次，还要进行几兆亿次的计算才能获得下一个结构，”Wise说。“我们只能以这样的方法推动 P-gp进入一个完全催化运输的循环。最后，通过对接程序，研究人员将柔毛霉素和其他药物一起送进蛋白质，并观察这些药物在整个P-gp催化周期的发生的反应。”

“我们观察到—这些药物运动了，”Wise说。“他们以自己原有的方式运动，在临床方面，生物化学及生理学方面，将化合物送出细胞外部。”Vogel补充说，“通过镜头的远近调整，我们可以观察到氨基酸从药物表面脱落下来。”

研究人员还进行了严格的控制对照试验来进一步测验该模型是否发挥作用。“我们认为，也许你放进蛋白质的东西将会被排出。因此我们将一种不是蛋白质运输基质的东西放入其中，它永远都不会借助P-gp运输。”Wise说。“我们放入其中，从柔毛霉素有效发挥作用的位点开始，结果化合物迅速就脱离了蛋白质——但是方向是相反的，即又返回到细胞中去了。该实验让我们更有信心相信，在模型中观察到的反应的就是细胞中真实发生的。”

Wise承认，直到他亲眼所见，他还是对虚拟的P-gp模型就像真实的P-gp活动一样这一点表示质疑。“虽然这与复杂多变的人类蛋白质只是初步接近，但是毕竟比目前的静态图像要好得多。”Wise说。“对于不相信此点的人，以及那些文化怀疑者，我只能说，这个模拟实验确实作用很大—它将药物穿过了膜。这足以说明问题。 P-gp在细胞中的状况，生癌的或是正常的，正如我们预料之中。”