瑞士诺华制药化学图书馆拥有约300万个分子。图片来源:诺华公司
斯特凡·纳普的研究成果让他感觉自己在坐过山车。德国法兰克福大学的药理学家Knapp和他的同事们发现了一种使肿瘤生长的重要蛋白质。他们还发现了一种类似药物的分子，可以限制蛋白质。他们买了更多的化合物用于进一步的实验，但这一次结果并不令人满意。后来，他们又从另一家供应商那里购买了同样的药物，但实验结果甚至比第一次更好。
结果表明，所讨论的分子是对映体——具有镜像效应但性质不同的化学结构，比如左手手套和右手手套。Knapp发现供应商出售的两种化合物中所含的对映异构体比例不同，在团队的文章中只有左旋对映异构体有效。具有讽刺意味的是，右旋版本是肺癌药物克唑替尼的有效形式，它将在不同的机制中发挥作用。
奥地利维也纳分子医学研究中心的系统生物学家、研究负责人之一Guilio Superti-Furga表示，该团队的验证工作表明，化学试剂可能是阻碍生物实验的众多方式之一。在某些情况下，科学家不知道他们有哪种化学物质。在其他情况下，分子效应比实验想象的更普遍。“这两个问题加在一起，会降低使用化学物质探索生物学的美妙的潜在影响。”Superti-Furga说。
加州斯克里普斯研究所(Scripps Institute)的免疫学家和化学家金·詹达(Kim Janda)用更直白的语言描述了这个问题:“如果你不重视化学，化学就会咬你！”
化学“咬痕”
在细胞生物学的所有领域，研究人员都需要依赖化学试剂。它的用途之一是用作工具化合物或化学探针来剖析蛋白质的功能。例如，使用小分子限制特定的酶将比使用遗传技术抑制特定的酶提供更详细的蛋白质生物学线索。有时一些化合物被收集在化学仓库里，在那里它们被大规模地检查，以便找到有用的试剂和药物。
在这两种情况下，混合物、杂质和意想不到的活动都会让不知情的科学家忙得像追野鸭一样。在过去的几年中，科学家在许多文章中警告了基于化学的人工制品，但他们认为这些问题仍然没有普遍存在。一些在线资源会有所帮助。由专家策划的“化学探针门户”(www.chemicalprobes.org)网站对100多个工具化合物进行了评价。探针和药物金矿门户(www.probes-drugs.org)收集公开可用的信息，以帮助研究人员选择使用哪些化学品。
事实上，评价科研人员购买的化学药品质量并不容易。试剂通常含有合成的副产物，或者试剂降解形成杂质。来自马萨诸塞州布罗德研究所领导的高通定量测试小组的化学家乔希·比特克尔和他的团队收集了一个已经过临床试验测试的化合物库，他们发现了化学污染的程度。
令他们惊讶的是，团队验证的8584个分子中，有近29%没有通过质量控制。在某些批次的试剂中，杂质含量达到15%甚至更高。通常，来自同一供应商的另一个制造批次的材料将通过审核，尤其是当提供干粉而不是溶液时(这种形式更便于实验但容易分解)。
问题可能更严重。比特克尔的测试通过分子量来评估化合物，因此它不会检查样本是否包含多种异构体——化学成分相同但原子序列不同的分子。
复杂的结构
分子化学家可能会说，药物大小的分子，其结构可能比宇宙中的恒星还要多。其中，供应商可能销售超过1000万种化合物。寻找特定分子的研究人员可能需要追踪专业供应商，从其他感兴趣的研究人员那里获得供应，或者订购合成化合物。但是如果一个分子的生物活性被报道在一篇关注度很高的文章里，特别是已经通过了临床试验，可能会有十几个甚至更多的商家在卖。制药公司有时会授权销售商生产或分销其药物的试剂级版本，这将带来更可靠的试剂，但也意味着更高的价格。
在一个臭名昭著的案例中，近20家供应商提供了一种被批准的癌症药物博舒替尼，却发现他们实际上只销售了一种相关的结构，而且他们的化学基团被放错了位置。博舒替尼和另一种结构与一组细胞信号蛋白相连，但它们的作用不同，因此这种混合物使数十篇文章受到质疑。
德国多特蒙德Taros合同研究组织首席执行官Dimitrios Tzalis建议从信誉良好的供应商处购买试剂，而不是从未经确认的供应商处购买，以节省资金。\”低价可能意味着高价.\”他说。有时候，文学也会带来困惑。当英国牛津大学化学家Kilian Huber看到一种名为SCR7的酶抑制剂可以促进CRISPR-Cas9基因编辑技术时，他决定在实验室进行尝试。最终，他们放弃了实验，因为他的研究生无法合成一种与报道结构相匹配的化合物。
怀疑很重要。明尼苏达大学药物化学研究员尼克·莱文森(Nick Levinson)表示，他在博士后期间花了几个月的时间研究博舒替尼如何与其蛋白质靶标结合，但最终他表示，他的博舒替尼根本不起作用，其他许多研究该化合物的研究人员也是如此。“我在实验室最大的一个不同是，我会对实验结果更加怀疑。如果我们得到任何看起来错误或令人惊讶的结果，我们脑海中的第一个想法将是，也许化合物是不正确的。”莱文森说。
不纯产品
英国伦敦癌症研究所主任保罗·沃克曼(Paul Workman)建议，每当使用一种新的化学探针时，研究人员至少要用两篇文章来验证它的特性，或者向能够分辨它的同行寻求帮助。\”我们正试图教育生物学家更加尊重对化学知识的需求.\”他说，一个好的生物学家绝不会在进行一些控制组实验之前，使用抗体或从同事那里获得克隆基因，并在没有测序的情况下使用它。他们还应该在使用化学探针之前，用质谱仪、核磁共振或其他方法对其进行仔细测试。
即使所提供的化学物质含有正确的化合物，用它得到的结果也可能不正确。很多时候，一瓶试剂的问题都是开瓶后开始的。位于达姆施塔特的默克公司(Merck KgaA)生命科学试剂部主任希瑟·霍利门特(Heather Holement)表示，反复冻融会使化合物的性质退化，有些化学物质在冷冻时根本不稳定。有时，溶解在有机溶液中的化学物质在添加到水基环境中时也会沉淀，例如在细胞和蛋白质分析中。她建议研究人员应该考虑试剂批次的质量，并经常用单独的溶剂进行对照组实验。他们还可以通过不含细胞或蛋白质的分析来消除所有错误信号。
有时，一种化合物的明显活性实际上是因为携带它的“载体”。澳大利亚莫纳什大学的血液学家杰克·肖特(Jake Shortt)遵循一种常见的做法，将抗癌药物溶解在一种叫做NMP (n-甲基吡咯烷酮)的溶剂中，然后将其注射到小鼠体内。他们惊讶地发现，在注射了溶剂但没有任何测试化合物的对照组中，实际上观察到了肿瘤反应。这些数据表明，NMP本身具有抗癌活性，肖特开始在临床上测试它。但他说，其他人仍然使用NMP作为一种所谓的惰性液体。
\”有时，你有正确的化合物，但它只是一个不纯的化合物.\”沃克曼说。他说，资源和教育至关重要，但责任取决于科学家个人。\”每个研究人员都有责任正确和恰当地使用任何小分子化合物.\”在谈到化学试剂的使用时，沃克曼说，有一句简单的格言比任何固定的规则都重要:“货物出去了就永远不要回来——买家小心。”
(金楠编译)
《中国科学报》(2017年9月13日第3版)
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