創(chuàng)新藥物的研發(fā)過程與藥物發(fā)現(xiàn)的途徑

1、. 博士 基地班碩士碩博連讀研究生 獸醫(yī)碩士專業(yè)學(xué)位 學(xué)術(shù)型碩士 工程碩士專業(yè)學(xué)位 農(nóng)業(yè)推廣碩士專業(yè)學(xué)位 全日制專業(yè)學(xué)位碩士 同等學(xué)力在職申請學(xué)位 中職教師攻讀碩士學(xué)位 高校教師攻讀碩士學(xué)位 風(fēng)景園林碩士專業(yè)學(xué)位 西 北 農(nóng) 林 科 技 大 學(xué)研 究 生 課 程 考 試 試 卷 封 面（課程名稱： 分子模擬與計算機輔助藥物設(shè)計 ）學(xué)位課 選修課 精品.研 究 生 年 級、姓 名 8 研 究 生 學(xué) 號 6 所 在 學(xué) 院（系、部） 5 專 業(yè) 學(xué) 科 4 任 課 教 師 姓 名 3 考 試 日 期 考 試 成 績 評 卷 教 師 簽 字 處 精品.創(chuàng)新藥物的研發(fā)過程與藥物發(fā)現(xiàn)的途徑摘要：文中詳

2、細(xì)介紹了新藥在研發(fā)過程中所需要經(jīng)歷的必要步驟和流程，同時介紹了藥物的開發(fā)上市中需要的過程，展示了創(chuàng)新藥物的研發(fā)是十分耗時耗資的，也體現(xiàn)了新藥開發(fā)的重要性。此外從模擬創(chuàng)新在新藥創(chuàng)新方面的應(yīng)用，以及提出并介紹了現(xiàn)代生物學(xué)對新藥研發(fā)的幾種重要途徑。關(guān)鍵詞：新藥研發(fā)上市，模擬創(chuàng)新，現(xiàn)代生物學(xué)創(chuàng)新藥物的窗體頂端innovative drug r & d process and drug discovery pathways窗體頂端窗體底端innovative drug rd process and drug discovery pathwaysabstract：in this paper, the ne

3、cessary steps and processes of the new drugs in the development process are introduced in detail. at the same time, the process of drug development and listing is introduced. it shows that the research and development of innovative drugs is very time consuming and costly. it also reflects the import

4、ance of new drug development . in addition, from the application of analog innovation in the innovation of new drugs, and put forward and introduced the modern biology of new drug research and development of several important ways.精品.key：new drugs，analog innovation，modern biology1、 概述 創(chuàng)新藥物在國際上一般是指含有

5、新化學(xué)實體(nce)的藥物。在我國，創(chuàng)新藥物具體是指“未在國內(nèi)上市銷售的來源于植物、動物、礦物等藥用物質(zhì)制成的制劑和從中藥、天然藥物中提取的有效成份及其制劑”及“未在國內(nèi)外獲準(zhǔn)上市的化學(xué)原料藥及其制劑、生物制品”，同時還必須具有原創(chuàng)性，具有自主的知識產(chǎn)權(quán)。眾所周知，世界范圍內(nèi)的創(chuàng)新藥物研發(fā)形勢比較嚴(yán)峻，研發(fā)成本在持續(xù)增加，而總產(chǎn)量卻在減少。一項針對全球前十制藥企業(yè)的研究表明，與2010年相比，2011 年藥物研發(fā)上市成本增加約25%至10億美元左右，而研發(fā)總體回報率從11.8%下降到8.4%。由于近年來“重磅炸彈”級藥品專利紛紛到期，使得大型跨國制藥公司面臨巨大的研發(fā)壓力，迫切需要尋找維持創(chuàng)新

6、藥研發(fā)項目的同時全面降低研發(fā)成本的藥物研發(fā)途徑。本文介紹了創(chuàng)新藥物研發(fā)、上市的基本流程；現(xiàn)代生物學(xué)對新藥發(fā)現(xiàn)的重要影響；模擬創(chuàng)新在新藥研發(fā)中的重要作用，制藥公司內(nèi)部研發(fā)、外包研發(fā)和許可研發(fā)三種研發(fā)路徑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，以及與制藥公司發(fā)展相匹配的研發(fā)路徑。二、創(chuàng)新藥物研發(fā)及上市流程藥物從最初的實驗室研究到最終擺放到藥柜銷售平均需要花費12年的時間。進行臨床前試驗的5000種化合物中只有5種能進入到后續(xù)的臨床試驗，而僅其中的1種化合物可以得到最終的上市批準(zhǔn)?？偟膩碚f新藥的研發(fā)分為兩個階段：研究和開發(fā)。這兩個階段是相繼發(fā)生有互相聯(lián)系的。區(qū)分兩個階段的標(biāo)志是候選藥物的確定，即在確定候選藥物之前為研究階

7、段，精品.研究階段包括四個重要環(huán)節(jié)，即靶標(biāo)的確定，模型的建立，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，先導(dǎo)化合物的優(yōu)化。確定之后的工作為開發(fā)階段。所謂候選藥物是指擬進行系統(tǒng)的臨床前試驗并進入臨床研究的活性化合物。2.1 研究階段 2.1.1 靶標(biāo)的確立 確定治療的疾病目標(biāo)和作用的環(huán)節(jié)和靶標(biāo)，是創(chuàng)制新藥的出發(fā)點，也是以后施行的各種操作的依據(jù)。藥物的靶標(biāo)包括酶、受體、離子通道等。作用于不同的靶標(biāo)的藥物在全部藥物中所占的比重是不同的。以2000年為例，在全世界藥物的銷售總額中，酶抑制劑占32.4%，轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑占16.0%，受體激動劑占9.1%，受體拮抗劑占10.7%，作用于離子通道的藥物占9.1%等等。目前，較為新興

8、的確認(rèn)靶標(biāo)的技術(shù)主要有兩個。一是利用基因重組技術(shù)建立轉(zhuǎn)基因動物模型或進行基因敲除以驗證與特定代謝途徑相關(guān)或表型的靶標(biāo)。這種技術(shù)的缺陷在于，不能完全消除由敲除所帶來的其他效應(yīng)（例如因代償機制的啟動而導(dǎo)致的表型的改變等）。二是利用反義寡核苷酸技術(shù)通過抑制特定的信使rna對蛋白質(zhì)的翻譯來確認(rèn)新的靶標(biāo)。例如嵌入小核核糖核酸（snrna）控制基因的表達(dá)，對確證靶標(biāo)有重要作用。 2.1.2 模型的確立 靶標(biāo)選定以后，要建立生物學(xué)模型，以篩選和評價化合物的活性。通常要制訂出篩選標(biāo)準(zhǔn)，如果化合物符合這些標(biāo)準(zhǔn)，則研究項目繼續(xù)進行；若未能滿足標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)盡早結(jié)束研究。一般試驗?zāi)Ｐ蜆?biāo)準(zhǔn)大致上有：化合物體外實驗的活性強

9、度；動物模型是否能反映人體相應(yīng)的疾病狀態(tài)；藥物的劑量（濃度）效應(yīng)關(guān)系，等等?？啥恐貜?fù)的體外模型是評價化合物活性的前提。近幾年來，為了規(guī)避藥物開發(fā)的后期風(fēng)險，一般同時進行藥物的藥代動力模型評價（adme評價）、藥物穩(wěn)定性試驗等。 2.1.3 先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)新藥研制的第三步是先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)。所謂先導(dǎo)化合物（leading compound），也稱新化學(xué)實體（newchemicalentity，nce），是指通過各種途徑和方法得到的具有某種生物活性或藥理活性的化合物。因為目前的知識還不足以淵博到以足夠的受體機制指導(dǎo)藥物設(shè)計以使藥物的合成不必使用預(yù)先已知的模型，所以，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，一方面有賴

10、于精品.以上兩步所確定的受體和模型，另一方面也成為了整個藥物研發(fā)的關(guān)鍵步驟。一般來說，先導(dǎo)化合物主要有如下幾個來源：對天然活性物質(zhì)的挖掘、現(xiàn)有藥物不良作用的改進以及藥物合成心中間體的篩選等。目前，主要有兩個獲得新的先導(dǎo)化合物的途徑。一是廣泛篩選，這種毫無依據(jù)的方法在實際操作上其實是比較有效的。過去半個多世紀(jì)以來，由于這個原因，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)隨機性很強，如從煤焦油中分離出的本份被發(fā)現(xiàn)具有抗菌作用因而被開發(fā)成為一系列諸如薩羅的抗生素；又如對染料中間體的篩選發(fā)現(xiàn)了苯胺以及乙酰苯胺具有解熱鎮(zhèn)痛作用，經(jīng)改造得到了非那西丁和乙酰氨基酚等。近二十年來，計算機預(yù)篩被用于這一過程，大大加快了研究進程。另外，先

11、導(dǎo)化合物的合理設(shè)計近年來也越來越成為這一領(lǐng)域的熱點。所謂合理設(shè)計，是指根據(jù)已知的受體（或受體未知但有一系列配體的構(gòu)效關(guān)系數(shù)據(jù)）進行有針對性的先導(dǎo)化合物設(shè)計，這種方法有別于一般普遍篩選的顯著特點在于目的性強，有利于各種構(gòu)效理論的進一步發(fā)展，因此前途十分廣闊。 2.1.4 先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 由于發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)化合物可能具有作用強度或特異性不高、藥代動力性質(zhì)不適宜、毒副作用較強或是化學(xué)或代謝上不穩(wěn)定等缺陷，先導(dǎo)化合物一般不能直接成為藥物。因此有必要對先導(dǎo)化合物進行優(yōu)化以確定候選藥物，這是新藥研究的最后一步。簡要地說，先到化合物的優(yōu)化就是基于相似性原理制備一系列化合物，評價其全面的構(gòu)效關(guān)系已對其物理化學(xué)及

12、生物化學(xué)性質(zhì)進行優(yōu)化。優(yōu)化后再進行體內(nèi)外活性評價，循環(huán)反饋，最終獲得優(yōu)良的化合物候選藥物（drug candidate） 2.2 臨床前及臨床研究 2.2.1 臨床前研究精品. 2.2.1.1 藥物靶點的確認(rèn) 這個是所有工作的開始。藥物靶點是指藥物在體內(nèi)的作用結(jié)合位點，包括基因位點、受體、酶、離子通道、核酸等生物大分子?，F(xiàn)代新藥研究與開發(fā)的關(guān)鍵首先是尋找、確定和制備藥物篩選靶分子藥靶。藥物靶點是指藥物在體內(nèi)的作用結(jié)合位點，包括基因位點、受體、酶、離子通道、核酸等生物大分子。選擇確定新穎的有效藥靶是新藥開發(fā)的首要任務(wù)。迄今已發(fā)現(xiàn)作為治療藥物靶點的總數(shù)約500個，其中受體尤其是g-蛋白偶聯(lián)的受體（

13、gpcr）靶點占絕大多數(shù)，另還有酶、抗菌、抗病毒、抗寄生蟲藥的作用靶點。合理化藥物設(shè)計（rational drug design）可以依據(jù)生命科學(xué)研究中所揭示的包括酶、受體、離子通道、核酸等潛在的藥物作用靶位，或其內(nèi)源性配體以及天然底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征來設(shè)計藥物分子，以發(fā)現(xiàn)選擇性作用于靶點的新藥。只有確定了靶點，后續(xù)所有的工作才有展開的依據(jù)。 2.2.1.2 化合物的合成這個階段的工作主要負(fù)責(zé)新化合物的合成，大多數(shù)藥物的框架都是在現(xiàn)有化合物的結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化。除此之外還有從動植物中獲取的天然活性物質(zhì)，在獲得大量潛在活性物質(zhì)之后可進行下面的步驟。 2.2.1.3 活性化合物的篩選不是所有合成出來的化

14、合物都能有理想的活性，在這個階段需要通過生物實驗手段篩選出初步有活性的化合物用作備選。這些化合物叫先導(dǎo)化合物（lead）。得到的活性數(shù)據(jù)可以結(jié)合化合物結(jié)構(gòu)得到初步的構(gòu)效關(guān)系分析。構(gòu)效關(guān)系可以有效的指導(dǎo)后續(xù)的化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這一步工作主要在細(xì)胞實驗層面展開。同時也存在一個化合物對目標(biāo)a靶點沒有作用，卻有可能對其他的b靶點c靶點有非常好的活性的情況，暫且不表。 2.2.1.4 進行下一步的化合物結(jié)構(gòu)修飾得到活性更好的化合物。2到4這是一個循環(huán)，直到我們得到了活性足夠理想的化合物。上面的內(nèi)容也就是藥物化學(xué)領(lǐng)域的大致工作范圍了。精品. 2.2.1.5 藥物評估評估藥物的藥理作用，安全性與毒性，藥物的吸

15、收、分布、代謝和排泄情況（adme）。這部分的實驗需要在動物層面展開。細(xì)胞實驗的結(jié)果和活體動物實驗的結(jié)果有時候會有很大的差異。這一步的目的是確定藥物的有效性與安全性。 2.2.1.6 制劑的開發(fā) 藥物的服用需要在一定的媒介中，不能直接將藥物吞食服用，所以制劑開發(fā)是藥物應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)。比如有的藥胃腸吸收很差，就需要開發(fā)為注射劑。有的藥對在胃酸里面會失去活性，就需要開發(fā)為腸溶制劑。有的化合物溶解性不好，這也可以通過制劑來部分解決這個問題。前面這些內(nèi)容都統(tǒng)稱為臨床前研究。是藥物研發(fā)的最開端的內(nèi)容。各個實驗的步驟并不一定嚴(yán)格按照這個順序展開，也沒有1、2、3這樣一個明顯的分界線。各個步驟是一個相互

16、包容協(xié)調(diào)的關(guān)系。2.3 臨床研究 2.3.1 臨床i期 在新藥開發(fā)過程中,將新藥第一次用于人體以研究新藥的性質(zhì)的試驗,稱之為期臨床試驗.即在嚴(yán)格控制的條件下,給少量試驗藥物于少數(shù)經(jīng)過謹(jǐn)慎選擇和篩選出的健康志愿者(對腫瘤藥物而言通常為腫瘤病人),然后仔細(xì)監(jiān)測藥物的血液濃度排泄性質(zhì)和任何有益反應(yīng)或不良作用,以評價藥物在人體內(nèi)的性質(zhì).期臨床試驗通常要求健康志愿者住院以進行24小時的密切監(jiān)護.隨著對新藥的安全性了解的增加,給藥的劑量可逐漸提高,并可以多劑量給藥.通過期臨床試驗,還可以得到一些藥物最高和最低劑量的信息,以便確定將來在病人身上使用的合適劑量.可見,期臨床試驗是初步的臨床藥理學(xué)及人體安全性評

17、價試驗,目的在于觀測人體對新藥的耐受程度和藥代動力學(xué),為制定給藥方案提供依據(jù). 2.3.2 臨床ii期精品. 通過期臨床研究,在健康人身上得到了為達(dá)到合理的血藥濃度所需要的藥品的劑理的信息,即藥代動力學(xué)數(shù)據(jù).但是,通常在健康的人體上是不可能證實藥品的治療作用的.在臨床研究的第二階段即期臨床試驗,將給藥于少數(shù)病人志愿者,然后重新評價藥物的藥代動力學(xué)和排泄情況.這是因為藥物在患病狀態(tài)的人體內(nèi)的作用方式常常是不同的,對那些影響腸、胃、肝、和腎的藥物尤其如此。以一個新的治療關(guān)節(jié)炎的止通藥的開發(fā)為例。期臨床研究將確定該藥緩解關(guān)節(jié)炎病人的疼通效果如何，還要確定在不同劑量時不良反應(yīng)的發(fā)生率的高低，以確定疼痛

18、得到充分緩解但不良反應(yīng)最小的劑量。可以說，期臨床試驗是對治療作用的初步評價階段。期臨床試驗一般通過隨機盲法對照試驗（根據(jù)具體目的也可以采取其他設(shè)計形式），對新藥的有效性和安全性作出初步評價，并為設(shè)計期臨床試驗和確定給藥劑量方案提供依據(jù)。 2.3.3 臨床iii期 在，期臨床研究的基礎(chǔ)上，將試驗藥物用于更大范圍的病人志愿者身上，進行擴大的多中心臨床試驗，進一步評價藥物的有效性和耐受性（或安全性），稱之為期臨床試驗。期臨床試驗可以說是治療作用的確證階段，也是為藥品注冊申請獲得批準(zhǔn)提供依據(jù)的關(guān)鍵階段，該期試驗一般為具有足夠樣本量的隨機化盲法對照試驗。臨床試驗將對試驗藥物和安慰劑（不含活性物質(zhì)）或已上

19、市藥品的有關(guān)參數(shù)進行比較。試驗結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有可重復(fù)性。可以說，該階段是臨床研究項目的最繁忙和任務(wù)最集中的部分。除了對成年病人研究外，還要特別研究藥物對老年病人，有時還要包括兒童的安全性。一般來講，老年病人和危重病人所要求的劑量要低一些，因為他們的身體不能有產(chǎn)地清除藥物，使得他們對不良反應(yīng)的耐受性更差，所以應(yīng)當(dāng)進行特別的研究來確定劑量。而兒童人群具有突變敏感性、遲發(fā)毒性和不同的藥物代謝動力學(xué)性質(zhì)等特點，因此在決定藥物應(yīng)用于兒童人群時，權(quán)衡療效和藥物不良反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個需要特別關(guān)注的問題。在國外，兒童參加的臨床試驗一般放在成人試驗的期臨床后才開始。如果一種疾病主要發(fā)生在兒童，并且很嚴(yán)重又沒有其他治療方

20、法，美國食品與藥品管理局允許期臨床試驗真接從兒童開始，即在不存在成人數(shù)據(jù)參照的情況下，允許從兒童開始藥理評價。我國對此尚無明確規(guī)定。精品. 2.4 新藥上市階段 2.4.1 新藥申請 在完成所有三個階段的臨床試驗并分析所有資料及數(shù)據(jù)，如證明該藥物的安全性和有效性，則可以向 fda提交新藥申請。新藥申請需要提供所有收集到的科學(xué)資料。通常一份新藥申請材料可多達(dá)100000 頁，甚至更多！按照法規(guī)，fda應(yīng)在6個月內(nèi)審評完新藥申請。但是由于大部分申請材料過多，而且有許多不規(guī)范，因此往往不能在這么短的時間內(nèi)完成。1999年對于單個化學(xué)分子藥的審評時間平均為12.6個月。 2.4.2 藥物批準(zhǔn)上市 上述

21、任何一步反饋得到的結(jié)果不好，都有可能讓一個候選藥物胎死腹中。最悲慘的結(jié)果可能是這個項目就直接被取消了。能夠通過全部3期臨床評價而上市的新藥越來越少，部分原因是開發(fā)出比市場上現(xiàn)有藥物綜合評價更好的新藥越來越難。如果能夠走到這一步，那么暫時可以說是大功告成了。從最開始的備選化合物走到這一步的藥物寥寥無幾。但是批準(zhǔn)上市了并不代表這個藥物就高枕無憂了。因為還有后面一步。新藥研制成功率是很低的，大約5000種化合物中被評估的只有5種可以進入臨床試驗階段，而大約只有1種會被批準(zhǔn)。2.5 iv期臨床研究 藥物上市后監(jiān)測。主要關(guān)注藥物在大范圍人群應(yīng)用后的療效和不良反應(yīng)監(jiān)測。藥物使用知道（其實就是說明書的增補）

22、需要根據(jù)這一階段的結(jié)果來相應(yīng)修訂。這一階段還會涉及到的一些內(nèi)容有，藥物配伍使用的研究，藥物使用禁忌（比如有些藥物上市就發(fā)現(xiàn)服藥期間服用西柚會影響藥物的代謝）。如果批準(zhǔn)上市的藥物在這一階段被發(fā)現(xiàn)之前研究中沒有發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重不良反應(yīng)，比如顯著增加服藥人群心血管疾病發(fā)生率之類的，藥物還會被監(jiān)管部門強制要求下架。有的藥物甚至才上市一年，由于4期臨床評價不好而被迫下架。fda要求的附加的上市后試驗，包括實驗室和動物試驗，試驗人群：2080例健康志愿者精品.、100300例病患志愿者、10003000例病患試驗者。試驗?zāi)康臑樵u定藥物安全性和生物活性，確定藥物安全性和劑量，評估藥物有效性，尋找副作用，驗證藥物有

23、效性，監(jiān)控長期使用的不良反應(yīng)。三、模擬創(chuàng)新對新藥研發(fā)的作用 “十一五”計劃的“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項已經(jīng)如火如荼地展開,與醫(yī)藥、生物學(xué)和化學(xué)相關(guān)的研究院所、大學(xué)和企業(yè)都以空前的熱情積極投入到申請、答辯和即將實施的浪潮中。我國政府對新藥的創(chuàng)制從來沒有這樣大的投入。然而,我國的新藥研發(fā)剛剛由仿制轉(zhuǎn)向創(chuàng)制的道路,制藥企業(yè)的創(chuàng)新剛剛起步, 能力較弱,以致新藥的研究主要集中在研究院所和大學(xué)中。然而 ,作為技術(shù)創(chuàng)新的藥物研發(fā)應(yīng)以企業(yè)為核心,這種嚴(yán)重的錯位導(dǎo)致我國新藥研究與開發(fā)的脫節(jié)。研究院所和大學(xué)的目標(biāo)設(shè)定、價值取向和評價體系與企業(yè)有很大區(qū)別,事實表明大學(xué)和研究所的研究項目往往脫離企業(yè)和市場的需求,難

24、以與開發(fā)接軌。所以,盡管國家倡導(dǎo)甚至規(guī)定產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合, 但難以克服由于體制問題所造成的矛盾,這是我國研發(fā)新藥速度慢、成功率低以及藥物的質(zhì)量不高的主要原因。所以,需要在“重大新藥創(chuàng)制”的專項行動中調(diào)整思路,理順關(guān)系,切實落實創(chuàng)制新藥的目標(biāo)，而新藥創(chuàng)制應(yīng)以模擬創(chuàng)新為主。3.1 首創(chuàng)性藥物和模擬創(chuàng)新藥物按照藥物作用靶標(biāo)的新穎程度可將創(chuàng)新藥物分為兩類,即首創(chuàng)性藥物和模擬創(chuàng)新藥物。這兩類藥物的研發(fā)目標(biāo)雖然都是具有知識產(chǎn)權(quán)和有市場潛力,但起步點和涉及的技術(shù)方法有所不同。首創(chuàng)性藥物的作用靶標(biāo)是全新的、首次發(fā)現(xiàn)的生物大分子,是從發(fā)現(xiàn)新的靶標(biāo)并通過確證而起始的研發(fā)項目,是由生物學(xué)研究為原動力,所以可認(rèn)為首創(chuàng)性藥

25、物是生物學(xué)驅(qū)動,目標(biāo)是創(chuàng)制作用于新的靶標(biāo)、新的作用環(huán)節(jié)和作用機制的新化學(xué)實體。由于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的基因及其表達(dá)產(chǎn)物, 并確證與病理過程相關(guān)、成為藥物干預(yù)的靶標(biāo),是非常艱巨的應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目,投入巨大,持續(xù)時間長,風(fēng)險大。模擬創(chuàng)新藥物是指研制藥物的作用靶標(biāo)是已知的,而且靶標(biāo)結(jié)構(gòu)也可能明確,還因為有已知的活性化合物或藥物作為參考,可進行結(jié)構(gòu)模擬或根據(jù)藥效團進行設(shè)計。所以,模擬創(chuàng)新藥物是以化學(xué)作為驅(qū)動研究的。研發(fā)的藥物可認(rèn)為是模仿性的跟進(me-too),或是優(yōu)于已有的類似藥物(me-better)。這種研發(fā)模式的問題是當(dāng)一個新靶標(biāo)被披露,或相應(yīng)的藥物進入臨床或上市后,往往有眾多的研發(fā)跟進,因此競爭

26、激烈,研制的化學(xué)空間較小,新藥上市后的市場空間也比較擁擠。研制模擬創(chuàng)新藥物的關(guān)鍵是速度和對已有藥物的超越。表1比較了首創(chuàng)性藥物與模擬創(chuàng)新藥物的區(qū)別。精品.3.2 分子骨架和藥效團概念是藥物模擬創(chuàng)新的基礎(chǔ) 藥物分子可認(rèn)為是由藥效團和結(jié)構(gòu)骨架構(gòu)成的,藥效團是藥物呈現(xiàn)特定藥理作用所必需的物理化學(xué)特征及其在空間的分布,這些物化特征是由不連續(xù)的離散的原子、基團或片斷所構(gòu)成,如正電荷、負(fù)電荷、氫鍵給體、氫鍵接受體、疏水中心和芳環(huán)質(zhì)心等。藥效團需結(jié)合在分子骨架上,形成具體的分子。骨架可認(rèn)為是藥效團的“賦形劑”,具有連續(xù)性的特征。相同的藥效團附著在不同的分子骨架上,構(gòu)成了作用于同一靶標(biāo)而結(jié)構(gòu)多樣的化合物。受體

27、的柔性和可塑性,形成了 “雜亂性”空間,體現(xiàn)為受體結(jié)合部位的多重性,因而可容納結(jié)構(gòu)多樣的配體(藥物)分子。分析模擬創(chuàng)新藥物與首創(chuàng)藥物的結(jié)構(gòu)特征,可認(rèn)為是在保持藥效團前提下,變換結(jié)構(gòu)骨架,或者不改變骨架,只變換骨架上的某些原子或基團。保持藥效團不變,保障和維系了特定的藥理活性;變換分子骨架,賦予了分子新的性質(zhì),例如改善藥動學(xué)性質(zhì)或物化性質(zhì),有利于發(fā)揮藥效,同時,新的骨架體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的新穎性,具有自主知識產(chǎn)權(quán)。精品.3.3 結(jié)構(gòu)骨架變換的方式模擬創(chuàng)新藥物的分子設(shè)計,主要是骨架的變換,變換的方式很多,可歸納為3個層次:以電子等排原理變換骨架結(jié)構(gòu);以優(yōu)勢結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向的變換骨架結(jié)構(gòu);以結(jié)構(gòu)-活性演化的方式進

28、行骨架遷越。電子等排置換是藥物化學(xué)和分子設(shè)計的經(jīng)典方法,包括原子、基團和環(huán)系之間的變環(huán)?？?jié)兯幬飄+/k+-atp酶抑制劑奧美拉唑作為首創(chuàng)藥物上市后不久,模擬性藥物蘭索拉唑和泮妥拉唑相繼問世。變換的方式是用氟原子替換氫,避開了原創(chuàng)的專利。而且蘭索拉唑的藥動學(xué)性質(zhì)強于奧美拉唑,泮妥拉唑用二氟甲氧基代替奧美拉唑的甲氧基,提高了代謝穩(wěn)定性。 組氨h2受體阻斷劑的首創(chuàng)藥物是西咪替丁,是以組胺為出發(fā)點,經(jīng)藥物化學(xué)的結(jié)構(gòu)衍變研發(fā)的卓越范例,其后繼的模擬創(chuàng)新藥物如雷尼替丁和法莫替丁等,分別是用呋喃和噻唑環(huán)代替了西咪替丁的咪唑環(huán),同時對側(cè)鏈的取代基作適當(dāng)?shù)淖儞Q以調(diào)整分子的堿性,使得模擬創(chuàng)新藥超越了首創(chuàng)分子。

29、優(yōu)勢結(jié)構(gòu)是藥物化學(xué)的另一個概念,其定義是“一個結(jié)構(gòu)骨架可構(gòu)成與多種受體相結(jié)合的配體分子”。治療男性勃起障礙的磷酸二酯酶5抑制劑西地那非是首創(chuàng)藥物,雖是偶然發(fā)現(xiàn)的,卻具有劃時代的意義。伐地那非是將母核骨架異嘌呤的氮原子易位,成為新的骨架 ,烏地那非是韓國2005上市的模擬新藥,其藥效學(xué)強度和選擇性以及藥動學(xué)性質(zhì)均優(yōu)于西地那非, 且研發(fā)的時間與成本也低于西地那非。骨架遷越最初是用計算技術(shù)在已知的數(shù)據(jù)庫中尋找與苗頭化合物完全不同的拓?fù)涔羌?但仍然保持有原來的生物活性?，F(xiàn)今已不限于計算的方法,藥物化學(xué)家在用傳統(tǒng)的類似物設(shè)計方法設(shè)計全新骨架,實現(xiàn)骨架的遷越。鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2是治療2型糖尿病的藥物靶

30、標(biāo),最初發(fā)現(xiàn)sglt抑制劑是天然產(chǎn)物二氫查耳酮根皮苷,經(jīng)骨架遷越將苯酚環(huán)變成苯并呋喃得到t-1095,現(xiàn)處于ii期臨床研究。sergliflozin是將天然產(chǎn)物的2個苯環(huán)距離縮短成一個碳原子,為碳酸酯前藥,處于ii期臨床研究。dapagliflozin模擬sergliflozin的二苯甲基骨架,但將o-葡萄糖苷變換成 c-糖苷,提高了穩(wěn)定性,現(xiàn)處于iii期臨床研究階段?；衔?6是通過螺環(huán)將糖環(huán)固定,對構(gòu)象加以限制 ,并成為新結(jié)構(gòu)類型的sglt抑制劑。右芬氟拉明為5ht2c受體激動劑,最初批準(zhǔn)上市為減肥藥,但精品.一年后(1997)被終止使用,系因使心臟瓣膜發(fā)生變形的嚴(yán)重不良反應(yīng)。后來證明心臟

31、瓣膜的不良反應(yīng)是由于右芬氟拉明同時對5ht2b的激動作用,所以,消除右芬氟拉明激動5ht2b的作用,提高對 5ht2c亞型的選擇性活性,是研發(fā)減肥藥的途徑。為此,對右芬氟拉明加以構(gòu)象限制,得到苯并氮雜化合物lorcaserin ,它對5ht2c的選擇性作用強于5ht2b 100倍,每日口服10mg,bid ,連續(xù)1年可降低體重3.6kg ,未見心臟瓣膜的變化,目前處于iii期臨床研究。4、 現(xiàn)代生物學(xué)帶動新藥的研發(fā)4.1 現(xiàn)代“組學(xué)”與藥物發(fā)現(xiàn) 20世紀(jì)下半葉以來,生命科學(xué)的研究成果日益 成為人們關(guān)注的科學(xué)焦點。基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)等現(xiàn)代“組學(xué)”學(xué)科逐漸形成并迅速發(fā)展和完善

32、,這些學(xué)科從分別基因(dna)、蛋白質(zhì)、rna(mrna)、代謝產(chǎn)物等多個層面對藥物發(fā)現(xiàn)過程產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 4.1.1基因組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)人類基因組計劃的實施和完成提供了更多基因變異與藥物個體效應(yīng)差異之間的關(guān)聯(lián)證據(jù),特別是人類基因組全序列物理圖譜的描繪,以及大量藥物作用相關(guān)基因的克隆與鑒定、單核苷酸多態(tài)性(snp)的檢測與發(fā)現(xiàn),大規(guī)?；蚍中图夹g(shù)、dna測序技術(shù)及生物信息學(xué)的快速發(fā)展,為從基因水平研究藥物反應(yīng)的個體差異提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支持。這些研究成果為藥物發(fā)現(xiàn)提出了新的模式,即從基因功能到藥物?；虮磉_(dá)是大部分機體對異質(zhì)物反應(yīng)的樞紐。近年來通過聯(lián)合應(yīng)用基因組表達(dá)譜與信號網(wǎng)絡(luò)分析,研究比較

33、基因組在疾病發(fā)生與發(fā)展過程中以及藥物干預(yù)前后基因組表達(dá)改變,提示疾病相關(guān)的易感基因和藥物靶點共表達(dá)的新序列,極大地促進了藥物作用新靶點的發(fā)現(xiàn)。特別是針對單基因疾病,基因組研究對發(fā)現(xiàn)預(yù)防和治療疾病的靶標(biāo)十分有利并有助于治療藥物的分子設(shè)計。精品.由于體內(nèi)單一基因變異的不可預(yù)見性常常直接導(dǎo)致臨床藥物療效的不可預(yù)測性。人類基因組序列的變異促使藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)的形成而成為基因組學(xué)研究的另一亮點。藥物基因組學(xué)以提高藥物療效及安全性為目標(biāo),研究個體遺傳學(xué)特性如何影響機體對藥物的反應(yīng),包括基因變異所致的不同患者對藥物的反應(yīng)性差異,以及導(dǎo)致藥物在不同人群中出現(xiàn)吸收、轉(zhuǎn)運、代謝和消

34、除差異的基因特性,從而指導(dǎo)藥物開發(fā)過程以及臨床合理用藥。藥物基因組學(xué)的主要研究策略是選擇與藥物代謝、活化以及排泄等過程相關(guān)的候選基因,分析基因序列的變異性對藥物作用的影響。藥物基因組學(xué)的發(fā)展依賴于高度靈敏的基因變異檢測和分析技術(shù),包括以 dna 芯片、生物統(tǒng)計分析技術(shù)和基于snp研究的高通量篩選技術(shù)等。值得注意的是,在藥物發(fā) 現(xiàn)過程中,藥物基因組學(xué)研究也面臨以下挑戰(zhàn): (1) 受藥物調(diào)節(jié)或影響的候選基因的準(zhǔn)確定義以及信號網(wǎng)絡(luò)途徑的合理分析;(2)疾病相關(guān)基因與藥物反應(yīng)基因的相關(guān)性; (3)藥物反應(yīng)表型的準(zhǔn)確定義; (4)大規(guī)模藥物反應(yīng)數(shù)據(jù)及有關(guān)資料的分析方法的建立和相關(guān)技術(shù)與道德倫理問題。只有

35、充分而妥善處理好上述問題,才能合理地將藥物基因組學(xué)研究運用于藥物發(fā)現(xiàn)過程,推動個體化治療藥物的研究與開發(fā)。目前,基因組學(xué)研究已廣泛應(yīng)用于抗癌藥物、抗菌藥物、抗hiv藥物以及治療神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病的藥物發(fā)現(xiàn)過程。 4.1.2 蛋白質(zhì)組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)由于大多數(shù)核 酸具有同源性并與機體許多正常功能有著廣泛的聯(lián)系,因而作用于dna的藥物往往選擇性差,且常常伴有嚴(yán)重的細(xì)胞毒性; 而且疾病的特征通常主要表現(xiàn)在蛋白層面,因此,單一的藥物基因組學(xué)研究很難獲得突破性進展。蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的終產(chǎn)物,只有完全注釋基因組序列所編碼的蛋白功能,才能真正實現(xiàn)基因組研究的價值。蛋白質(zhì)組學(xué)是研究生物機體、組織或細(xì)胞甚至亞

36、細(xì)胞器基因編碼的全部蛋白,包括蛋白組成、種類、分布、功能、代謝特征及其動態(tài)變化規(guī)律等。精品.基因組研究結(jié)果提示,人類至少包含數(shù)萬個基因表達(dá)數(shù)十萬蛋白。其中許多蛋白很可能是控制人類疾病發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵執(zhí)行體,因此很有可能成 為藥物作用的潛在靶點。而且,目前已知的約500個藥物作用靶點中(不包括抗菌、抗病毒、抗寄生蟲 藥的作用靶點) ,主要是受體、酶類、離子通道和核受體等,其中90%的靶點為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究通過組織或細(xì)胞樣品抽提、兩維(2d)凝膠電泳分離、結(jié)合色譜與質(zhì)譜(ms)技術(shù)、圖象處理與數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及生物信息技術(shù)等,全面檢測疾病發(fā)生與 發(fā)展過程以及藥物干預(yù)過程中,蛋白質(zhì)表達(dá)譜和蛋白質(zhì)

37、蛋白質(zhì)相互作用的變化,從而發(fā)現(xiàn)影響疾病或藥物作用的關(guān)鍵蛋白,并對這些蛋白進行一級結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)測定, 綜合分析其生物學(xué)功能, 推測新的、潛在的藥物作用靶標(biāo)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究不僅為發(fā)現(xiàn)藥物作用潛在靶點提供可能,同時也能提高已發(fā)現(xiàn)的藥物作用下游事件的效率,并促進人們根據(jù)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律合理設(shè)計藥物或?qū)ζ溥M行結(jié)構(gòu)改造。因此,蛋白質(zhì)組學(xué)是基因組和藥物發(fā)現(xiàn)的橋梁和紐帶。近年來,人們根據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物研究中的應(yīng)用提出了藥物蛋白質(zhì)組學(xué)(pharmacoproteomics)或稱化學(xué)基因組學(xué)(chemogenom ics)。其研究內(nèi)容 包括基礎(chǔ)和臨床兩個方面:基礎(chǔ)研究主要包括藥物靶點的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)、候

38、選化合物的篩選、藥物臨床前評價以及藥物作用機制的探討等;臨床研究主要包括將疾病特異性蛋白作為有效藥物選擇的依據(jù)和臨床疾病診斷的標(biāo)志物,以及臨床患者的個體化治療。此外,化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)(chemoproteomics)和 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)(structural proteomics)在藥物發(fā)現(xiàn)過程中也有著重要的應(yīng)用價值?；瘜W(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)是利用特定的化學(xué)小分子探針研究靶蛋白的生物學(xué)功能,或通過篩選小分子配體與蛋白的結(jié)合驗證可能的靶。結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)旨在為所有蛋白提供三維結(jié)構(gòu)信息并為大量未注釋蛋白的功能研究提供線索?；瘜W(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)能夠幫助認(rèn)識某種 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),預(yù)示其生物學(xué)功能,并評價其作用藥

39、物靶標(biāo)的潛能,從而實現(xiàn)對藥靶的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn),并提 高藥物篩選的成功率。目前,蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成功用于腫瘤、糖尿病、艾滋病、關(guān)節(jié)炎、心血管疾病等多種疾病相關(guān)蛋白的檢測,為發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)治療這些 疾病的藥物靶標(biāo),以及篩選相關(guān)候選化合物提供有力的工具。精品. 4.1.3 轉(zhuǎn)錄組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組(transcriptome)是指一個細(xì)胞內(nèi)的一整套mrna轉(zhuǎn)錄物,包含在生理或病理狀態(tài)下,生命體的細(xì)胞或組織在某一環(huán)境條件、某一生命階段所表達(dá)的全部基因種類以及表達(dá)水平。轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)研究可以精確反映基因表達(dá)的時空性,以及機體組織細(xì)胞對內(nèi)/外環(huán)境變化的反應(yīng)性和適應(yīng)性。轉(zhuǎn)錄組學(xué)通過分析轉(zhuǎn)錄

40、譜中的共調(diào)節(jié)基因,闡明基因選擇性表達(dá)所依賴的復(fù)雜調(diào)控信號網(wǎng)絡(luò),提示基因組中與某一生命現(xiàn)象或病理狀態(tài)相關(guān)的基因;基于這些信號網(wǎng)絡(luò)尋找和發(fā)現(xiàn)調(diào)控基因的未知生物學(xué)功能,提示藥物潛在的作用靶點及其發(fā)揮作用的分子機制。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的主要技術(shù)手段主要是基因芯片技術(shù),其主要分析方法包括隨機 cdna測序、mrna展示和差異雜交等。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究在藥物發(fā)現(xiàn)過程中 也具有重要的應(yīng)用價值,包括藥物靶點的探索與發(fā)現(xiàn)、指導(dǎo)新藥設(shè)計與合成、新藥篩選等。 4.1.4 代謝組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)機體代謝物的動態(tài)變化可以敏感地反映機體對外源性化合物的反應(yīng)性,并提示機體的生理或病理狀態(tài)。代謝產(chǎn)物譜包含豐富的生物學(xué)信息,這些信息可以反映或

41、提示機體對藥物的代謝途徑、代謝特點以及藥物對機體整體的影響。1999年英國教授nicholson等在nmr分析的基礎(chǔ)上首次正式提出代謝組(metabonom ics)學(xué)概念(nicholson.2002)。代謝組學(xué)的主要研究對象是生物體液(包括尿液、血液、汗液、膽汁、腦脊液 等)細(xì)胞提取物以及組織提取物,動態(tài)評價機體生物液體中內(nèi)源性和/或外源性代謝產(chǎn)物的濃度與功能,即代謝產(chǎn)物譜的變化,從而動態(tài)評價藥物對機體產(chǎn)生的生物學(xué)作用及機體的反應(yīng)性。代謝組學(xué)通過分析機體生物液體和組織中代謝產(chǎn)物譜的變化,研究機體整體生物學(xué)狀況及其功能調(diào)節(jié)。代謝組學(xué)與其它“組學(xué)”相互聯(lián)系,共同提示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。然而,盡管基

42、因組學(xué) /轉(zhuǎn)錄組學(xué)或 蛋白質(zhì)組學(xué)研究可以直接或間接反映外 /內(nèi)環(huán)境改 變對機體所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng),但這種效應(yīng)很難從 整體上反映機體的終點狀態(tài)。例如,有些藥物可以直接影響基因的表達(dá)與調(diào)控,但由于在基因多態(tài)性、 機體代償性機制等許多因素的影響下,有時候藥物對機體所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)與基因和蛋白表達(dá)并沒 有明顯的相關(guān)性。在這種情況下,基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)研究就不能比較準(zhǔn)確地反應(yīng)機體的最終反應(yīng)性。代謝產(chǎn)物是機體繼基因激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯、翻譯后修飾等一系列生命活動之后的最終信號載體之一。因此,代謝組學(xué)研究有可能更為準(zhǔn)確而全面地揭示藥物對機體所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)以及機體對藥物的作用。代謝組學(xué)通過分析與

43、藥物作用密切相關(guān)的生物液體中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物濃度,比對藥物不同作用劑量以及不同作用時間機體代謝產(chǎn)物譜特征,從而為尋找藥物的作用靶點,探索藥物作用機制以及疾病早期診斷的生物標(biāo)志物提供有力工具, 成為基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究的有力補充。此外,代謝組學(xué)技術(shù)還可以廣泛地參與藥物的早期藥理學(xué)活性及毒性篩選、先導(dǎo)化合物的選擇與優(yōu)化,以及藥物臨床前安全性評價。精品.4.2 高通量篩選和高內(nèi)涵篩選與藥物發(fā)現(xiàn) 隨著組合化學(xué)、計算機輔助藥物設(shè)計、天然產(chǎn)物分離純化等技術(shù)的快速發(fā)展,后基因組時代出現(xiàn)大量的候選化合物,而人類基因組計劃和蛋白質(zhì)組研究不斷發(fā)現(xiàn)大量新的潛在藥物靶標(biāo)。制藥工業(yè)迫切需要對這些新的候選物進

44、行藥效學(xué)、藥代動力學(xué)、毒理學(xué)等多方面的快速規(guī)模化篩選,同時對可能的藥物靶標(biāo)進行驗證和確認(rèn)。因此,構(gòu)建快速高效的藥物篩選體系和新的技術(shù)方法成為藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的研究熱點。近年來,高通量篩選(high throughput screening, hts)、高內(nèi)涵篩選(high content screening, hcs)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于藥物的發(fā)現(xiàn)過程。 4.2.1 高通量篩選在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用hts是上世紀(jì)末開始興起的藥物篩選新技術(shù)體系。hts主要依賴于體外細(xì)胞和分子水平的篩選模型,可在短時間內(nèi)實現(xiàn)樣品的高度自動化大規(guī)模篩選,這一 篩選過程又被稱為反向藥理學(xué)。hts篩選的靶點包括受體、酶、離子通道

45、等,其常用檢測技術(shù)有基于受體配體結(jié)合實驗的同位素標(biāo)記法、酶底物法、報告基因法、熒光探針標(biāo)記法等。與傳統(tǒng)藥物篩選方式相比,hts具有明顯的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在: (1)微量篩選,節(jié)約資源: hts一般僅需微克(精品.g)樣品便可對候選物進行篩選,從而大量減少實驗耗材;(2)有效利用藥用資源,提高藥物發(fā)現(xiàn)機率: hts實現(xiàn)了藥物 篩選的規(guī)?；?并可通過一藥多篩,充分挖掘藥物的 可能藥用價值; (3)高度自動化,操作便捷: hts主 要采用計算機進行操作控制,減少人為操作誤差率 并提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。hts通常包括候選化合 物和篩選模型(通常是單一的藥物靶標(biāo))的選擇;候選物對藥靶藥理學(xué)作用的初步篩選;

46、 然后選擇具有活性的候選物對其進行復(fù)篩,重點研究該候選物與藥靶作用的強度、量效關(guān)系以及作用特征等; 此后,根據(jù)樣品初篩和復(fù)篩的結(jié)果,再選擇其中某個或某些特定候選物進行深入篩選,包括候選物對藥物作用的基本細(xì)胞毒性、選擇性強弱、可能作用機制、與同類化合物的比較研究等。近幾年,hts技術(shù)進一步微量化和自動化,形成超高通量篩選(ultra high throughput screening,uhts)。uhts采用微量化技術(shù)和更靈敏的檢測方法以及高度自動化進樣系統(tǒng)與 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),進一步提高藥物篩選的效率并降低成本。檢測微量化和操作自動化是 uhts的關(guān)鍵技術(shù)。目前 uhts檢測所需樣品體積為pl水平

47、,每日篩樣量可高達(dá)10萬次以上。 4.2.2 高內(nèi)涵篩選在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用然而,經(jīng)典的hst僅基于孔的單一藥物靶標(biāo)檢測,所獲得數(shù)據(jù)仍然有限,而且初篩所獲得陽性結(jié)果還需進一步確認(rèn),而陰性結(jié)果容易忽略候選物的可能作用。 因此,高通量、多靶點地對候選物進行活性評價成為藥物篩選的發(fā)展方向。hcs是指在保持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能完整的條件下,盡可能同時檢測被篩選樣品對細(xì)胞生長、分化、遷移、凋亡、代謝途徑及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個環(huán)節(jié)的影響,涉及的靶點包括細(xì)胞的膜受體、胞內(nèi)成分、細(xì)胞器和離子通道等,即從單一實驗中獲得大量與候選物藥理學(xué)活性相關(guān)的信息及其潛在的毒性作用。hcs是一種基于細(xì)胞層面的、多元的藥物篩選方法,它主要依

48、賴于高分辨率的細(xì)胞成像系統(tǒng),充分整合樣品制備技術(shù)、自動化設(shè)備、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),檢測試劑,生物信息學(xué)等資源的綜合優(yōu)勢,在細(xì)胞或分子水平上實現(xiàn)對候選物的多元化、快速化 和規(guī)?；Y選?；诩?xì)胞的篩選有如下優(yōu)點:不需要純化靶蛋白;在細(xì)胞中靶蛋白的構(gòu)象、活性以及生物學(xué)功能更接近于自然生理狀態(tài);對于有細(xì)胞毒性的化合物,用細(xì)胞研究化合物的作用可以觀察到化合物的毒性;化合物可能不能夠跨過細(xì)胞膜到達(dá)細(xì)胞內(nèi)的靶,基于細(xì)胞的篩選將剔出這些藥物。因此,經(jīng)過hcs篩選得到的陽性化合物(hits)和先導(dǎo)化合物(leads)更可靠,并能有效地克服hts成功率低的缺陷,使研究人員可以在新藥發(fā)現(xiàn)早期階段就獲得候選化合物對細(xì)胞多重

49、效應(yīng)的詳細(xì)數(shù)據(jù),包括細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞形態(tài)改變和藥物毒性效應(yīng)等。hcs的檢測載體和所需樣品體積與 hts沒有明顯的差異,檢測儀器多采用熒光顯微鏡。目前,hcs已經(jīng)引起了國際制藥公司的高度重視。有科學(xué)家預(yù)言,在今后的藥物發(fā)現(xiàn)中hcs將有可能起到關(guān)鍵性作用。 精品.4.3 藥物分子設(shè)計和虛擬篩選與藥物發(fā)現(xiàn) 后基因組時代的藥物分子設(shè)計發(fā)展的顯著特點是:計算機科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)以及信息科學(xué)的結(jié)合日益緊密,共同推動藥物分子設(shè)計的迅速發(fā)展。藥物分子設(shè)計主要包括分子模擬和計算機輔助藥物設(shè)計。就設(shè)計方法而言,藥物分子設(shè)計包括基于配體的藥物設(shè)計(ligandbased drug design, lbdd)和基于

50、靶標(biāo)的藥物設(shè)計 (targetsbased drug design, tbdd)。lbdd主要根據(jù)現(xiàn)有藥物分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)與結(jié)構(gòu)活性關(guān)系(structureactivity relationship, sar)的分析,聯(lián)合相關(guān)的生物學(xué)信息庫建立定量構(gòu)效關(guān)系(quantitative structureactivity relationship,qsar)或其它數(shù)學(xué)模型,再根據(jù)這些模型對新分子結(jié)構(gòu)的化合物進行活性預(yù)測,主要是針對小分子的藥物設(shè)計; tbdd主要是針對潛在的藥靶(通常為生物大分子,包括受體、酶、核酸等)的空間結(jié)構(gòu),通過 應(yīng)用理論計算和分子模擬等方法建立小分子藥靶的相互作用,并據(jù)此

51、設(shè)計與藥靶作用的新分子。組合化學(xué)與計算機輔助藥物設(shè)計是藥物分子設(shè)計的重 要技術(shù)手段,兩者相互結(jié)合,相互促進,使人們有可能在短期內(nèi)獲得大量的具有新分子結(jié)構(gòu)的候選化合物。 隨著現(xiàn)代生物學(xué)和藥物分子設(shè)計的發(fā)展人們將獲得越來越多的藥物新靶標(biāo)以及新的化合物,如果對所有靶標(biāo)和化合物都進行篩選將是一項十分浩大的工程而耗費巨大的人力、物力和財力。虛擬篩選 (virtual screening, vs)的出現(xiàn)有可能成為有效解決這一問題的重要技術(shù)之一。虛擬篩選是指利用計算機強大的計算能力,針對重要疾病治療靶標(biāo)的生物大分子的三維結(jié)構(gòu)或 qsar模型,采用三維藥效基 團模型搜尋或分子對接(docking)的方法,從現(xiàn)

52、有化合物數(shù)據(jù)庫中,尋找發(fā)現(xiàn)與靶標(biāo)生物大分子結(jié)合或符合qsar的化合物。虛擬篩選的目的是從大量化合物中尋找發(fā)現(xiàn)有苗頭的化合物,集中目標(biāo),從而減少待篩選化合物的數(shù)量,縮短研究周期,降低研究成本。與藥物分子設(shè)計對應(yīng)的是,虛擬篩選分別包括基于配體的虛擬篩選(ligandbased virtual screening, lbvs)和基于靶標(biāo)的虛擬篩選(targetbased virtual screening, tbvs)。開展虛擬篩選的前提條件是已知靶標(biāo)的三維結(jié)構(gòu)并獲得配體的三維數(shù)據(jù)庫, 通過分子對接計算小分子化合物與大分子靶點的可能作用,再評分(scoring)兩者之間的結(jié)合位點并預(yù)測所選擇化合物與

53、靶標(biāo)的結(jié)合模式以及配體與受體結(jié)合的親和力大小,從而實現(xiàn)靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn),以及先導(dǎo)化合物的優(yōu)化篩選。目前,分子對接方法可每天虛擬篩選上百萬個分子,大大提高了化合物的篩選速度和效率。與hts相比,虛擬篩選具有更為高效、快速和經(jīng)濟的優(yōu)勢,越來越廣泛地參與藥物發(fā)現(xiàn)過程中,形成了全新的藥物篩選模式(虛擬篩選-體外篩選-體內(nèi)篩選)。結(jié)構(gòu)生物學(xué)和計算機科學(xué)的發(fā)展正使虛擬篩選成為一種極具吸引力和發(fā)展前景的藥物篩選方法。精品.4.4 生物芯片在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用 生物芯片(biochip,microarray)是指通過在微小基片(硅片或玻璃)表面固定大量的分子識別探針,或構(gòu)建微分析單元或檢測系統(tǒng),對標(biāo)記化合物、核

54、酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞或其他生物組分進行準(zhǔn)確規(guī)?；目焖俸Y選或檢測。目前生物芯片主要包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等。生物芯片已滲入到藥物發(fā)現(xiàn)的每個步驟,包括藥靶的發(fā)現(xiàn)、大規(guī)?；衔锷锘钚约岸拘院Y選以及先導(dǎo)化合物的優(yōu)化等,同時也是基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)研究的重要技術(shù)手段,對推進創(chuàng)新藥物研究有著重要的影響。藥物靶點發(fā)現(xiàn)可能是生物 芯片在藥物研發(fā)中應(yīng)用最為廣泛的一個領(lǐng)域,主要采用dna芯片和蛋白質(zhì)芯片檢測某一特定基因或特定蛋白的表達(dá),也可檢測生物體整個基因組或蛋白質(zhì)組的表達(dá)情況,為發(fā)現(xiàn)可能的藥物靶標(biāo)提供有力線索。生物芯片也是hts的主要技術(shù)手段之一,通過在芯片上固定特定

55、的寡核苷酸、cdna、靶酶、受體蛋白,甚至還包括電信號等實現(xiàn)對候選化合物的大規(guī)模篩選。目前已經(jīng)有抗體芯片、受體蛋白芯片、 毒理芯片、微流體芯片、芯片膜片鉗等在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。生物芯片的顯著優(yōu)勢是快速靈敏、高通量、微型化和自動化。國外幾乎所有的大型制藥公司和藥物研究機構(gòu)均已將生物芯片應(yīng)用于藥物的開發(fā)過程中,顯示其強大的發(fā)展勢力。隨著芯片檢測特異性和靈敏度的提高、樣品制備和標(biāo)記操作的簡化以及數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)的進一步發(fā)展,生物芯片必將在藥物發(fā)現(xiàn)過程中發(fā)揮更重要的作用。精品.表面等離子共振(surface plasmon resonance, spr)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種以芯片為基礎(chǔ)的光學(xué)生物

56、傳感器系統(tǒng),它不需要熒光或放射性標(biāo)記物。分子結(jié)合與分離時可產(chǎn)生光強度變化,分子結(jié)合到一個固相化的生物靶分子上,當(dāng)分析物溶液通過傳感器芯片時,結(jié)合到靶分子上的分子可被即時檢測?；谶@一原理spr可廣泛用于微量蛋白的快速篩選或檢測,也適合小于100da的分子以及完整的細(xì)胞功能研究。由于spr能檢測到結(jié)合到芯片表面的亞f摩爾的蛋白量,因此spr技術(shù)的檢測靈敏度非常高。spr整合了藥物發(fā)現(xiàn)過程中陽性化合物先導(dǎo)化合物(hittolead)的信息資源并生成更為深入的生物學(xué)信息。spr為研究蛋白蛋白以 及小分子化合物與蛋白的相互作用提供了一項嶄新而有力的技術(shù)手段,從而有助于發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)藥物作用的新靶點,并幫助人們深入認(rèn)識藥物的作用機制。同時, spr技術(shù)也可用于nces的高通量快速篩選以及先導(dǎo)化合物的優(yōu)化,qsar分析,預(yù)測藥物的吸收、分布、代謝和排泄過程等。 4.5 轉(zhuǎn)基因和rna干擾與藥物發(fā)現(xiàn) 轉(zhuǎn)基因技術(shù)通常包括基因敲入(knock in)和基因敲除(knock out)兩種方式,其顯著特點是:分子及細(xì)胞水平操作,組織及動物整體水平表達(dá)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)為體內(nèi)研究藥物對機體整體的作用提供了很好的技術(shù)手段,在藥物發(fā)現(xiàn)過程中其主要應(yīng)用價值體現(xiàn)在: (1)建立基于特殊疾病的整體動物模型,實現(xiàn)藥物的體內(nèi)活性篩選:轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以針對某些人類疾病(特別是遺傳性疾病)的病理生理 特點