●前言
第一篇 用於細胞信號轉導過程研究的分子探針
第1章 基於天然產物化學合成的細胞信號轉導探針 3
1.1 引言 3
1.2 研究進展與成果 4
1.2.1 天然產物分子探針引導的化學生物學研究工作案例 6
1.2.2 功能導向的天然產物合成促進藥物創新 9
1.2.3 天然產物生理活性機制研究促生新機制和新概念 13
1.3 討論與展望 15
1.3.1 培植適宜於交叉融合研究的文化土壤 16
1.3.2 變革科學家知識結構和教育方式 16
1.3.3 發掘具有中國特色和影響力的生理藥理活性天然產物研究素材 17
1.3.4 加強基礎教育訓練和人纔儲備 17
參考文獻 18
第2章 靶向細胞自噬通路的小分子探針 21
2.1 引言 21
2.2 研究進展與成果 24
2.2.1 自噬調控化合物篩選 24
2.2.2 MBCQ對自噬的抑制效應 25
2.2.3 MBCQ構效關繫研究 30
2.2.4 MBCQ抑制自噬相關的細胞死亡 35
2.2.5 探究MBCQ抑制自噬的作用機理 35
2.2.6 MBCQ繫列小分子抑制自噬的應用研究 47
2.3 討論與展望 49
參考文獻 51
第3章 化學遺傳學與小分子庫 54
3.1 引言 54
3.2 研究進展與成果 55
3.2.1 CypA簡介 55
3.2.2 文獻報道的CypA配體（抑制劑和激動劑） 56
3.2.3 一種創新的CypA配體（抑制劑）化合物庫 57
3.2.4 一種創新的CypA配體（激動劑）化合物庫 60
3.2.5 CypA配體（激動劑）作用位點和機制研究 62
3.2.6 CypA配體（抑制劑）介導的非小細胞肺癌新信號轉導通路 64
3.3 討論與展望 73
參考文獻 75
第4章 蛋白質與多肽的化學合成 79
4.1 引言 79
4.2 研究進展與成果 81
4.2.1 蛋白質化學合成方法的發展 81
4.2.2 蛋白質翻譯後修飾 88
4.2.3 蛋白多肽藥物 97
4.2.4 鏡像蛋白質 102
4.3 討論與展望 106
參考文獻 110
第5章 核酸探針分子 117
5.1 引言 117
5.2 研究進展與成果 119
5.2.1 核酸特殊表觀遺傳修飾的測定 119
5.2.2 高選擇性靶向四鏈核酸性的化學小分子設計篩選及調控 125
5.2.3 端粒相關蛋白相互作用 130
5.2.4 利用化學小分子和RNAi策略研究cADPR介導的鈣信號通路 134
5.3 討論與展望 139
參考文獻 140
第6章 聚糖分子探針的合成與應用 143
6.1 引言 143
6.2 研究進展與成果 144
6.2.1 聚糖的化學合成 144
6.2.2 聚糖探針的應用 148
6.3 討論與展望 152
參考文獻 152
第7章 非天然氨基酸探針 154
7.1 引言 154
7.2 研究進展與成果 157
7.2.1 基因編碼發展蛋白質標記新方法 158
7.2.2 基因編碼非天然氨基酸核磁探針 160
7.2.3 非天然氨基酸探針在病毒疫苗研究領域的應用 163
7.2.4 非天然氨基酸探針用於抗體藥物偶聯物制備 170
7.2.5 基因編碼非天然氨基酸探針研究模擬金屬蛋白酶 177
7.3 討論與展望 187
參考文獻 190
第二篇 探測細胞信號轉導過程的新技術和新方法
第8章 單分子檢測 195
8.1 引言 195
8.2 研究進展與成果 197
8.2.1 單分子顯微成像繫統 197
8.2.2 活細胞體繫單分子熒光標記新方法 201
8.2.3 高通量單分子定位和追蹤算法 203
8.2.4 蛋白激活和轉運的新模式與新機制 205
8.3 討論與展望 219
8.3.1 發展具有更高特異性和光學穩定性的熒光探針及內源蛋白標記方法 219
8.3.2 發展兼具高空間和時間分辨率的超分辨顯微成像技術 220
8.3.3 發展細胞內和活體組織的3D單分子熒光成像方法 220
8.3.4 發展更加準確可靠的單分子數據分析方法 221
8.3.5 發展光學成像與譜學相結合的方法 221
參考文獻 222
第9章 單細胞分析 226
9.1 引言 226
9.2 研究進展與成果 229
9.2.1 基於小分子探針的單細胞成像技術 229
9.2.2 微流控芯片輔助的單細胞分析技術 235
9.2.3 基於小分子探針的流式細胞分析技術 239
9.2.4 借助電化學技術的單細胞分析方法 242
9.3 討論與展望 244
參考文獻 246
第10章 基因組測序與分析 251
10.1 引言 251
10.2 研究進展與成果 254
10.2.1 基於微流控芯片的單細胞全基因組異質性研究 255
10.2.2 基於微流控芯片的單細胞全轉錄組異質性研究 258
10.2.3 針對微量細胞樣品的染色質免疫沉澱測序技術的研發 259
10.2.4 單細胞環形RNA與線性RNA的同時檢測技術的研發 261
10.3 討論與展望 263
參考文獻 268
第11章 化學分子介導的蛋白質靶向降解 271
11.1 引言 271
11.1.1 通過降低細胞內目標蛋白的含量抑制蛋白質活性 271
11.1.2 化學分子介導蛋白質的靶向降解策略簡介 271
11.1.3 化學分子介導蛋白質的靶向降解策略研究進展 273
11.2 研究進展與成果 275
11.2.1 神經退行性疾病及相關重要病理蛋白 275
11.2.2 化學分子介導Tau蛋白的靶向降解 275
11.2.3 化學分子介導TDP-43蛋白的靶向降解 291
11.3 討論與展望 296
參考文獻 299
第12章 金屬離子探針與檢測 301
12.1 引言 301
12.2 研究進展與成果 302
12.2.1 化學小分子類金屬離子探針的開發 302
12.2.2 基於核酸的金屬離子探針的開發 312
12.2.3 基於納米材料的金屬離子探針的開發 313
12.2.4 蛋白質水平的金屬離子探針的開發 313
12.2.5 全細胞水平的金屬離子探針的開發 315
12.3 討論與展望 323
參考文獻 324
第13章 熒光傳感與光調控 329
13.1 引言 329
13.2 研究進展與成果 331
13.2.1 監測細胞代謝的遺傳編碼熒光探針 331
13.2.2 大分子光開關 337
13.2.3 基於光誘導成鍵反應的化學探針及光調控開關 341
13.3 討論與展望 347
13.3.1 光化學生物學的前沿研究方向和挑戰 347
13.3.2 光遺傳學的前沿研究方向和挑戰 349
13.3.3 遺傳編碼熒光探針的前沿研究方向和挑戰 350
參考文獻 351
第14章 熒光蛋白與超分辨成像 356
14.1 引言 356
14.2 研究進展與成果 358
14.2.1 單體光轉換熒光蛋白的開發 358
14.2.2 光開關熒光蛋白的開發與應用 360
14.2.3 新型超分辨成像技術—SIMBA 368
14.2.4 冷凍光電關聯成像 369
14.3 討論與展望 371
參考文獻 374
第三篇 基於化學探針的細胞信號轉導研究
第15章 白血病細胞分化的分子機制與小分子干預 379
15.1 引言 379
15.1.1 白血病與化學生物學 379
15.1.2 天然產物與白血病化學生物學 381
15.2 研究進展與成果 383
15.2.1 腺花素誘導AML細胞分化 383
15.2.2 腺花素的構效關繫和分子探針的合成 385
15.2.3 腺花素靶向過氧化物還原酶Ⅰ/Ⅱ 386
15.2.4 Prdx Ⅰ/Ⅱ是腺花素誘導白血病細胞分化的有效靶標 388
15.2.5 腺花素靶向Prdx Ⅰ/Ⅱ誘導白血病細胞分化的信號機制 389
15.3 討論與展望 390
15.3.1 ent-Jungermannenone C以與腺花素相似的機制誘導AML細胞分化 391
15.3.2 以Prdx Ⅰ為靶標發現新的誘導AML細胞分化的新化合物 391
15.3.3 腺花素靶向Prdx Ⅰ/Ⅱ的抗腫瘤效應的拓展 392
參考文獻 393
第16章 細胞可塑性的調控機制研究 395
16.1 引言 395
16.2 研究進展與成果 397
16.2.1 細胞有絲分裂的化學生物學研究 397
16.2.2 細胞命運抉擇可塑性的化學生物學研究 403
16.3 討論與展望 405
參考文獻 407
第17章 靶向Wnt信號通路的小分子調節劑 410
17.1 引言 410
17.2 研究進展與成果 412
17.2.1 NC043 412
17.2.2 HLY78 429
17.3 討論與展望 435
參考文獻 437
第18章 細胞的糖脂代謝 439
18.1 引言 439
18.1.1 膽固醇代謝平衡的調控 439
18.1.2 內質網應激與糖脂代謝平衡 440
18.2 研究進展與成果 441
18.2.1 揭示膽固醇代謝過程的調控機制 442
18.2.2 揭示IRE1α通路在糖脂代謝調控中的作用機制 444
18.2.3 繫列成果：溶酶體與過氧化物酶體形成膜接觸介導膽固醇轉運 446
18.2.4 繫列成果：新的膽固醇修飾蛋白篩選鋻定及功能 454
18.2.5 繫列成果：SCAP-SREBP途徑特異性抑制劑的發現及其機理與功能研究 462
18.3 討論與展望 483
18.3.1 溶酶體與過氧化物酶體形成膜接觸介導膽固醇轉運 484
18.3.2 膽固醇修飾SMO的調控及功能模型 485
18.3.3 白樺酯醇是SREBP途徑的特異性抑制劑 485
18.3.4 內質網應激IRE1α通路：代謝紊亂的干預靶標 487
參考文獻 487
第19章 核酸及其修飾物介導的信號轉導研究 489
19.1 引言 489
19.2 研究進展與成果 494
19.2.1 DNA中胞嘧啶衍生物的檢測技術 495
19.2.2 RNA修飾檢測技術 497
19.2.3 生物調控功能（寡或環）核苷酸的修飾研究 499
19.3 討論與展望 501
參考文獻 502
第20章 靶向細胞信號轉導的天然產物生物合成路徑與機制 507
20.1 引言 507
20.2 研究進展與成果 508
20.2.1 以硫醇化學為核心的林可酰胺類抗生素的生物合成機制研究 508
20.2.2 螺環乙酰乙酸內酯/內酰胺類抗生素骨架構築的生化機制研究 514
20.2.3 硫肽類抗生素的生物合成機制和作用機制研究 518
20.2.4 復用組合生物合成技術建立天然產物類似物庫 525
20.2.5 聯二吡啶類抗生素骨架構築和結構修飾的生物合成機制研究 527
20.3 討論與展望 530
參考文獻 531
第四篇 基於信號轉導途徑的藥物靶標和先導化合物發掘
第21章 抗腫瘤藥物新靶標功能確證和先導化合物設計 537
21.1 引言 537
21.1.1 主要進展概述 537
21.1.2 研究策略與目標 538
21.1.3 技術路徑 538
21.2 研究進展與成果 539
21.2.1 靶向銅離子轉運蛋白ATOX1的藥物設計及作用機制研究 540
21.2.2 靶向E3泛素連接酶SPOP的藥物設計及作用機制研究 545
21.2.3 靶向脂類激酶PI4KⅡα的藥物設計及作用機制研究 550
21.3 討論與展望 558
21.3.1 藥物的蛋白靶點空間的拓展 559
21.3.2 靶向RNA的小分子藥物開發 561
參考文獻 562
第22章 抗炎藥物新靶點的發現和確證 568
22.1 引言 568
22.2 研究進展與成果 570
22.2.1 炎癥相關的重要信號轉導通路 570
22.2.2 抗炎藥物的靶點 575
22.2.3 孤兒核受體Nur77 577
22.2.4 Nur77激動劑的發現 579
22.2.5 膿毒癥及相關的小鼠模型 582
22.2.6 以Nur77為靶點的抗膿毒癥先導化合物的研究 583
22.2.7 靶向TLR的小分子探針 590
22.3 討論與展望 599
22.3.1 抗炎藥物研發存在的問題 599
22.3.2 今後炎癥領域研究的可能突破口 603
參考文獻 605
第23章 金屬藥物的抗腫瘤研究 613
23.1 引言 613
23.2 研究進展與成果 615
23.2.1 具有亞細胞水平靶向的PDT光敏劑 615
23.2.2 具有多模式抗腫瘤功能PDT光敏劑 628
23.2.3 誘導細胞自噬的金屬配合物 634
23.2.4 靶向G-四鏈體、影響端粒的鉑配合物 635
23.3 討論與展望 641
參考文獻 643
第24章 抗細菌感染新靶標的發現和驗證 650
24.1 引言 650
24.2 研究進展與成果 651
24.2.1 CcpE蛋白：控制金黃色葡萄球菌致病力的代謝傳感器 651
24.2.2 酪蛋白水解酶ClpP：通過氨基酸的“多米諾骨牌”效應調控水解活性 656
24.2.3 CrtN蛋白：具有成藥性的抗金黃色葡萄球菌感染的分子靶點 658
24.2.4 靶向SrtA蛋白：新的小分子抑制劑 661
24.3 討論與展望 665
參考文獻 666
第25章 農藥活性小分子探針及其作用機制 670
25.1 引言 670
25.2 研究進展與成果 672
25.2.1 毒氟磷的創制及其作用靶標的發現 672
25.2.2 環氧蟲啶的創制及作用機制 675
25.2.3 原卟啉原氧化酶的化學生物學及高選擇性探針的分子設計 678
25.2.4 具有新穎骨架HPPD抑制劑的設計與超高效除草劑喹草酮的創制 682
25.2.5 具有反抗性的乙酰羥酸合成酶探針分子的設計 686
25.3 討論與展望 692
參考文獻 693

“基於化學小分子探針的信號轉導過程研究”重大研究計劃是國家自然科學基金委員會從推動和促進我國科學技術跨越式發展的戰略高度出發，於2007年啟動的第一個面向化學生物學領域的重大研究計劃。經過嚴格的同行評議篩選，共有來自全國19個省、自治區、直轄市的160個項目獲得了資助，涉及數學物理、化學、生命、工程與材料、信息和醫學等六個學部。通過全體項目科學家的不懈努力，該重大研究計劃以小分子探針為主要工具，對細胞信號轉導中的重要分子事件和機理進行了深入的研究，尤其是在細胞命運調控、糖脂代謝、多能性維持與重編程及一繫列經典信號轉導通路的研究中取得了突破性進展。揭示了細胞增殖、分化、凋亡、遷移及重編程等生命過程的分子機制，解析了其與細胞信號轉導通路和表觀遺傳調控的關繫，並獲得了特異干預和調控相應過程的靶向分子，實現了既定科學目標，於2015年圓滿結束，並在國家自然科學基金委員會組織的結題驗收中被評為優秀。等