当心你的化学试剂

瑞士诺华制药和化学银行大约有300万分子。资料来源:诺华公司

斯特凡·克纳普(Stefan Knapp)的研究结果让他感觉自己就像坐在过山车上。德国法兰克福大学的药理学家克纳普和他的同事发现了一种导致肿瘤生长的重要蛋白质。他们还发现了一种能限制蛋白质的药物样分子。他们购买了更多的化合物用于进一步的实验，但这次结果并不令人满意。后来，他们从另一家供应商那里购买了相同的药物，但实验结果比第一家更好。

结果表明，这些分子是对映体——化学结构相互镜像，但具有不同的性质，如左手和右手手套。Knapp发现供应商出售的两种化合物含有不同比例的对映异构体。在该团队的文章中，只有左旋对映体有效。(具有讽刺意味的是，右手版本是肺癌药物克唑替尼的一种有效形式，它以不同的机制发挥作用。)

奥地利维也纳分子医学中心的系统生物学家和研究负责人之一Guilio Superti-Furga说，该小组的验证工作表明，化学试剂可能是阻碍生物实验的许多方式之一。在某些情况下，科学家不知道他们手中有什么化学物质。在其他情况下，分子效应比实验认为的更普遍。“这两个问题的结合将减少使用化学物质探索生物学的潜在影响。”Superti-Furga说。

加利福尼亚斯克里普斯研究所的免疫学家和化学家金·扬达用更直接的语言描述了这个问题:“如果你不注意化学，化学会咬你！”

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。其用途之一是将其用作工具化合物或化学探针来剖析蛋白质功能。例如，用小分子限制特定酶比用遗传技术限制特定酶在蛋白质生物学上提供了更好的线索。有些化合物有时被收集在化学仓库里，在那里进行大规模的检查，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会让毫无戒心的科学家像野鸭一样工作。在过去的几年里，科学家们在许多文章中提出了基于化学物质的人造产品的预警，但是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。专家规划的“化学探针门户”(www.chemicalprobes.org)网站评估了100多种工具化合物。探针和药物淘金潮门户(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种化学品。

事实上，评估研究人员购买的化学品的质量并不容易。试剂通常含有合成的副产物，或者试剂降解形成杂质。马萨诸塞州布罗德研究所的化学专家Josh Bittker领导了高通量测试团队，他和他的团队收集了一个已经在临床试验中测试过的化合物库。他们发现化学污染的程度有多高。

令他们惊讶的是，该团队验证的8584个分子中，近29%未能通过质量控制。在某些批次的试剂中，杂质含量达到15%或更高。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，特别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)。

问题可能会更严重。比特克尔的测试是通过分子量来评估这种化合物的，所以它没有检查样品中是否含有许多异构体——化学成分相同但原子顺序不同的分子。

复杂的结构

分子化学家可能会说，药物大小的分子可能比宇宙中的恒星有更多的结构。其中，销售商可能销售超过1000万种化合物。寻找特定分子的研究人员可能需要跟踪专业供应商，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。然而，如果一个分子的生物活性在一篇高度关注的文章中被报道，特别是如果它已经通过了临床试验，可能会有十几家或更多的销售商出售它。制药公司有时授权销售者生产或分销试剂级的药物，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名为博苏替尼(Bosutinib)的抗癌药物，却发现他们实际上只销售了一种含有错误化学基团的相关结构。Bosutinib和另一种结构与一组细胞信号蛋白有关，但它们的作用不同，因此这种混合物引起了几十篇文章的质疑。

德国多特蒙德塔洛斯合同研究组织的首席执行官迪米特里奥斯·扎利斯建议从信誉良好的供应商而不是未经证实的供应商那里购买试剂，以节省资金。"低价可能意味着高价."他说。有时，文学也带来困惑。当牛津大学化学家基利安·休伯发现一种叫做SCR7的酶抑制剂可以促进CRISPR-Cas9基因编辑技术时，他决定在实验室里尝试一下。最后，他们放弃了实验，因为他的研究生无法合成出与报道的结构相匹配的化合物。

怀疑非常重要。明尼苏达大学药物化学研究员尼克·莱文森(Nick Levinson)说，他在博士后期间花了几个月的时间研究Bosutinb是如何与蛋白质靶结合的，但最后他说，他研究的Bosutinb根本不起作用，许多研究这种化合物的其他研究人员也是如此。“我在实验室的最大区别之一是，我会对结果更加怀疑。如果我们得到任何看起来错误或令人惊讶的结果，我们首先想到的可能是化合物不正确。”莱文森说。

不纯的产品

英国伦敦癌症研究所主任保罗·沃克曼建议，无论何时使用新的化学探针，研究人员都应该使用至少两篇文章来验证其特性，或者寻求能够识别它的同行的帮助。"我们正努力教授生物学，以更加尊重对化学知识的需求."他说，一个好的生物学家在进行一些控制组实验之前，绝不会使用抗体或从同事那里获得克隆基因，并且在没有测序的情况下使用它。在使用化学探针之前，他们还应该通过质谱、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，用它获得的结果也可能不正确。大多数情况下，一瓶试剂的问题是在瓶子打开后出现的。达姆施塔特默克公司生命科学试剂部主任希瑟·霍尔蒙特说，反复冷冻和解冻会降低化合物的性质，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溶液(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，并经常在对照组实验中使用不同的溶剂。他们还可以通过不含细胞或蛋白质的分析来消除所有的错误信号。

有时，一种化合物的表面活性实际上是由携带它的“载体”引起的。澳大利亚墨尔本莫纳什大学的血液学家杰克·肖特遵循一种惯例，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，实际上看到了肿瘤反应。这些数据表明NMP本身具有抗癌活性，肖特正开始进行临床试验。然而，他说，其他人仍然使用NMP作为所谓的惰性液体。

“有时候，你有正确的化合物，但它只是一种不纯的化合物。”沃克曼说。他说，资源和教育至关重要，但责任在于科学家个人。"正确和恰当地使用任何小分子化合物是每个研究者的责任."谈到化学试剂的使用，沃克曼说，有一句简单的格言比任何固定的规则都重要:“货物出门时不会被退回——买家应该小心。”

(晋南编)

中国科学新闻(2017-09-13，第三版国际)