# Overall procedure


目標識別與驗證>化合物篩選與先導化合物最佳化>臨床前研究>臨床試驗
目標識別與驗證：尋找可以透過藥物改變以達到治療效果的生物分子或細胞通路。這通常需要生物資訊學、基因組學和蛋白質組學的研究

化合物篩選與先導化合物最佳化：首先識別對指定目標具有活性的分子（稱為「hit」），可以透過化學庫或從天然產物中分離獲得。然後識別具有藥物開發潛力的「先導化合物」(lead)，並進一步修改以提高其特異性和有效性。這是一個疊代循環，結合細胞分析和結構-活性關係來改進新合成候選藥物的功能特性。

臨床前研究：在動物模型中進行體內研究，包括藥物動力學分析和毒性評估

臨床試驗：在所有臨床前測試完成後，藥物候選物最終在臨床試驗中給予患者。這些試驗對於確定藥物候選物是否能提供預期醫療效益並確保患者福祉至關重要

# Macromolecule drugs (biologics)
大分子藥物主要是指蛋白質或核酸類的治療藥物，常見類型包括：

| 類型 | 例子 | 機制 |
| -------------------- | ----------------------- | --------------------- |
| 單株抗體（monoclonal antibody, mAb） | Trastuzumab (Herceptin) | 阻斷受體、誘導免疫細胞殺死癌細胞 (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC) |
| 雙特異性抗體（Bispecific Antibody, BsAb） | Blinatumomab (Blincyto) | 同時結合兩個抗原（如癌細胞＋T cell） |
| 融合蛋白（Fusion Protein） | Etanercept | 結合受體與抗體 Fc 區，延長半衰期 |
| 抗體藥物複合體（Antibody Drug Conjugates, ADC） | Kadcyla | 抗體帶毒素，精準殺癌 |
| RNA藥物（siRNA/mRNA） | Patisiran / mRNA-1273 | 調控基因表現或產生治療蛋白 |

## Antibody
### 1. 抗體的結構
抗體是一個對稱的 Y 字型四鏈蛋白質，由：
- 2 條重鏈（Heavy chains） (紫色)
- 2 條輕鏈（Light chains） (粉色)
所組成，彼此以二硫鍵連結。
### 2. 抗體的區域組成
- 變異區（Variable region, V 區） (淺紫色+淺粉色)
每條輕鏈和重鏈的 N 端有一段高度變異的區域。
輕鏈與重鏈的變異區共同構成了 抗原結合位（antigen-binding site）。
每個抗體有 兩個抗原結合位，可同時與兩個抗原表位結合。
- 恆定區（Constant region, C 區） (深紫色+深粉色)
結構較保守，決定抗體的分類（如 IgG、IgA 等）與功能。
重鏈的恆定區可招募免疫系統其他組件，如補體、吞噬細胞。
### 3. 功能性結構單位
- Fab 區段（Fragment antigen-binding）
含有一條完整輕鏈與部分重鏈。
功能：辨識並結合抗原。
- Fc 區段（Fragment crystallizable）
由重鏈的恆定區組成。
功能：媒介免疫功能，如：活化補體系統、被巨噬細胞、NK 細胞辨識（經 Fc receptor）

:::info
BsAb：雙特異性抗體
一端結合癌細胞抗原（如 CD19）
一端結合免疫細胞（T 細胞）的 CD3
橋接 T cell 與腫瘤細胞 → 誘導 T cell 殺死腫瘤
有些 BsAb 是用來橋接兩個蛋白（不一定是細胞）
🧠 類似「讓兩個原本不講話的細胞面對面」→ 主動出擊

:::
:::info
ADCC：抗體依賴細胞毒性作用
抗體結合腫瘤抗原 → Fc 區暴露
免疫細胞上的 Fc receptor（如 NK cell 的 CD16）識別這個 Fc 區
誘導 NK cell 釋放 cytotoxin → 腫瘤死亡
屬於 innate immunity（自然殺傷機制）
🧠 類似「在癌細胞身上貼了紅標籤，吸引免疫系統過來砍」
:::

# Small molecule drugs (compounds)
Small molecule drugs are typically ==organic compounds with a low molecular weight== (usually under 900 daltons) that can be ==synthesized chemically or derived from natural sources==. They are known for their ability to easily penetrate cell membranes and interact with specific biological targets, such as enzymes, receptors, or proteins.
常見類型包括：
|類型|例子|機制|
|---|----|---|
|酶抑制劑|Imatinib, Erlotinib|抑制酶活性，阻斷癌細胞訊號|
|受體拮抗劑|Losartan (AT1R)|阻止 ligand 與受體結合|
|受體激動劑|Salbutamol (β2 agonist)|模仿內源性 ligand 活化受體|
|離子通道調節劑|Lidocaine|干擾鈉通道，阻斷神經訊號|
|核酸代謝抑制劑|5-FU, Methotrexate|干擾DNA/RNA合成，常用於抗癌|

# Classification of Target protein
蛋白質可以有各式各樣的分類方式，依據結構、作用位置、生化功能，甚至是機轉，以下列出較常見的分類方式:
## 1. 依作用位置分類（細胞定位 / Subcellular Localization）
這是判斷蛋白質是否適合作為藥物靶點、抗體標靶的重要依據：

| 分類類型 | 範例 | 用途或意義 |
| ------------------ | ------------- | -------------- |
| 細胞膜蛋白（membrane） | EGFR, CD20 | 多為藥物靶點、診斷標靶 |
| 細胞質蛋白（cytoplasmic） | AKT, BRAF | 通常與訊號傳導、代謝有關 |
| 細胞核蛋白（nuclear） | TP53, ER | 與轉錄調控、DNA 修復有關 |
| 分泌蛋白（secreted） | IL-6, insulin | 可做為循環標誌物或治療分子 |

## 2. 依結構分類 (Strutrue)
|分類|特徵|範例|
|---|---|---|
|纖維狀蛋白（Fibrous proteins）|長條狀，不溶於水，功能偏結構性| 膠原蛋白、角蛋白|
|球狀蛋白（Globular proteins）|球形，通常可溶於水，功能多為酶、訊號傳遞等|血紅素、酵素、抗體|
|膜蛋白（Membrane proteins）|嵌在或附著於細胞膜|受體、離子通道、運輸蛋白|

## 3. 依功能分類（Biological and biochemical function）
這是依據蛋白質的本質功能分類：
| 分類 | 說明 | 範例 |
| ---------- | ------------- | ------------------------------- |
| 酵素（enzyme） | 催化化學反應（EC 編號） | kinases, polymerases |
| 結構蛋白 | 提供細胞形狀與支架 | tubulin, actin |
| 運輸蛋白 | 運送物質 | hemoglobin, GLUT1 |
| 調控蛋白 | 控制基因表現或訊號 | transcription factor, repressor |
| 貯存蛋白 | 儲存分子 | ferritin, casein |
| 訊號蛋白|傳遞訊號|insulin, growth factor|
| 受體蛋白|接收並傳遞訊號|VEGFR, EGFR|
| 運動蛋白|使細胞或分子運動|actin,myosin|

## 4. 依蛋白質家族 / 結構域分類（Domain / Family-based）
這是功能與演化結合的重要分類方式，常用於生物資訊：

| 分類依據 | 常見資料庫 | 用途 |
| ------------- | -------------------------------- | ------------------------------------------ |
| 結構域（domain） | **Pfam**, **SMART**, [**TED**](https://ted.cathdb.info/)| 找出蛋白質功能模組（如 kinase domain, Ig-like domain） |
| 蛋白質家族（family） | **InterPro**, **SCOP**, **CATH** | 識別具有相似功能/結構/演化背景的蛋白 |

p.s. Pfam、SMART已經歸入InterPro

## 5. 依蛋白質組成與修飾分類（構造特性）
這類分類常用於研究蛋白質功能調控與穩定性：
| 分類 | 說明 | 範例 |
| ------------------------------------ | ------------------------------------- | ------------------------ |
| 單體 vs 多聚體（monomer / dimer / trimer…） | 結合形式影響功能 | hemoglobin 是 tetramer |
| 是否糖化 / 磷酸化 / 乙醯化 | Post-translational modification (PTM) | PD-L1 被 glycosylation 穩定 |
| 有無跨膜區域 | Transmembrane vs soluble | EGFR vs insulin |

可使用工具：TMHMM, NetPhos, GlycoEP

## 6. 依蛋白質的生命週期與動態分類
常用於研究蛋白質的調控與降解：

| 分類 | 舉例 | 應用場景 |
| ------ | -------------- | ------------------------ |
| 穩定蛋白 | BCL-2 | 持續存在，不易降解 |
| 快速降解蛋白 | c-MYC | 通常受調控活性高，易被 ubiquitin 標記 |
| 蛋白酶底物 | p53（被 MDM2 分解） | 常見於癌症調控路徑 |

# 以HER2 pathway為例

:::warning
Notice that HER2 is a ligand-less receptor
:::
|藥名|類型|Target protein|Target domain|
|--|--|--|--|
|Trastuzumab|mAB|HER2|Extracellular domain IV
|Pertuzumab|mAB|HER2|Extracellular domain II|
|zanidatamab(ZW25)|BsAb|HER2|Extracellular domain II+IV|
|Lapatinib|compound inhibitor|HER2|Intracellular ATP-binding pocket domain of kinase|
|Alpelisib|compound inhibitor|PI3K|ATP-binding pocket domain|
|Everolimus|compound inhibitor|mTOR|Form complex with FKBP12 at first, and then bind to FRB domain of MTOR complex(mTORC1)|
|Trastuzumab emtansine|ADC|HER2|
|Zenocutuzumab|BsAb|HER2+T-cell|

| 藥物名稱 | 結合 domain | 阻止 dimerization | 誘導內吞 | ADCC |
| --------------- | ------------------ | --------------- | -------------- | ---- |
| Trastuzumab | Domain IV | 間接阻止 ✅ | 中等 | ✅ |
| Pertuzumab | Domain II | 直接阻止 ✅ | 不明顯 | ✅ |
| Zanidatamab | Domain II + IV | ✅✅（更強） | ✅✅（clustering） | ✅✅ |

# 實用資料庫推薦
[DrugBank](https://go.drugbank.com/): 可查蛋白與藥物對應
[ChEMBL](https://www.ebi.ac.uk/chembl/): 藥物活性與靶點資料
[IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology](https://www.guidetopharmacology.org/): 專為藥理研究設計
[The Human Protein Atlas](https://www.proteinatlas.org/): 包含蛋白質的細胞位置與疾病關聯
[Open Targets Platform](https://www.opentargets.org/): 將基因、疾病與藥靶關聯起來
[UniProt](https://www.uniprot.org/uniprotkb)
[InterPro](https://www.ebi.ac.uk/interpro/)