一份973大標(biāo)書-高通量篩選

1、PAGE 1PAGE 79項目摘要項目名稱：基于生物信息為基礎(chǔ)的藥靶高通量批量篩選發(fā)現(xiàn)及功能驗證研究研究主要建議人姓名：（以姓氏筆劃為序）院 士院 士教 授研究員教 授 研究員 建議首席科學(xué)家姓名、年齡、單位：40歲 37歲 經(jīng)費預(yù)算金額：238000萬元摘要正文：（1000字）。 疾病對人類的健康和生存構(gòu)成重大威脅，是世界各國面臨的最重要的社會問題之一。當(dāng)前和今后相當(dāng)長的時期內(nèi)藥物都將是疾病治療的最主要手段，但由于歷史、經(jīng)濟及觀念等原因，與發(fā)達國家相比我國在藥學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)研究，特別是創(chuàng)新藥物的的基礎(chǔ)研究和開發(fā)領(lǐng)域比較落后，導(dǎo)致醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較差，藥品來源長期依賴于仿制和新藥的進口，每年進口化學(xué)藥

2、品達430億美元，洋 “中藥”10億美元以上。已為在中國加入WTO成員的中國以后，一方面，由于知識產(chǎn)權(quán)的問題保護的限制，藥品的仿制不可能再成為我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的中長期目標(biāo)；另一方面，由于成員國之間的低關(guān)稅，國外藥品將會更多地進入中國市場。，這不僅嚴(yán)重影響到我國人民的用藥和健康問題，同時也將威脅我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的生存和發(fā)展，進而影響我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的貢獻度。因而，建立和發(fā)展我國自主的創(chuàng)新藥物基礎(chǔ)研究和開發(fā)體系成為當(dāng)務(wù)之急，如何缺乏疾病特異性關(guān)鍵藥靶是當(dāng)前新藥研究和開發(fā)的瓶頸。同時，對現(xiàn)有藥物與機體相互作用機理認(rèn)識的局限性是造成藥物毒副作用的主要原因。因此，藥靶特別是(組合藥靶？)藥靶的研究是新藥研

3、究和、和開發(fā)及臨床合理用藥中急需解決的重大科學(xué)問題。當(dāng)前比較成熟的藥靶僅500個左右，遠不能滿足新藥研究和開發(fā)的需求。估計人類基因中應(yīng)該有3000-5000個可以作為藥物的靶標(biāo)。由此看來，藥物 靶標(biāo)的研究不僅是必須的，而且有很大的研究探索空間。充分利用有效的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和功能研究驗證技術(shù)，從現(xiàn)有大量的基因組學(xué)等信息資源中尋找出重大疾病治療藥物的關(guān)鍵靶分子并分析其多態(tài)性對藥物療效和毒副作用的影響，為新藥研究和開發(fā)提供靶標(biāo)，并為臨床安全用藥提供理論依據(jù)是完全可能的。人類基因組計劃及相關(guān)技術(shù)不僅為藥靶的選擇及藥物的研究和開發(fā)提供了一個歷史性的發(fā)展機遇，同時也促成了一個新的交叉學(xué)科基因組藥物學(xué)的誕生。廣義

4、講基因組藥物學(xué)應(yīng)該是以基因組學(xué)和相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)的藥物研究和應(yīng)用的科學(xué)。研究內(nèi)容包括基因組為基礎(chǔ)的藥理、毒理、遺傳藥理；藥物研究和開發(fā)涉及的藥靶分子的發(fā)現(xiàn)、驗證及HTS模型研究；先導(dǎo)化合物設(shè)計、優(yōu)化及臨床評價等?；蚪M藥物學(xué)將成為指導(dǎo)未來新藥研發(fā)及臨床合理用藥的理論基礎(chǔ)。當(dāng)前基因組藥物學(xué)最有挑戰(zhàn)意義的是從現(xiàn)有大量的基因組學(xué)等信息資源中尋找出重大病治療藥物的關(guān)鍵靶分子并分析其多態(tài)性對藥物療效和毒副作用的影響，為新藥研究和開發(fā)提供篩選靶標(biāo)，并為臨床安全用藥提供理論依據(jù)。因此，基因組藥物學(xué)的研究不僅具有重大的社會和經(jīng)濟效益藥物靶標(biāo)的研究不僅具有重大的社會和經(jīng)濟效益，而且具有重要的科學(xué)意義。該項研究對保

5、證我國人民的健康和生存、用藥安全和有效、促進我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的國際競爭力、推動我國藥物學(xué)、生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展具有重要的意義。 根據(jù)國家社會、經(jīng)濟和科學(xué)發(fā)展的需求，結(jié)合我國的民族、醫(yī)藥、疾病及科技基礎(chǔ)等資源特色，針對腫瘤、心血管和病毒性肝炎三個重大危害性疾病，采用生物信息學(xué)等手段，開展“生物信息為基礎(chǔ)的藥靶批量發(fā)現(xiàn)及功能驗證研究”。 預(yù)期目標(biāo)：:建立一系列藥靶篩選發(fā)現(xiàn)和功能研究驗證的技術(shù)平臺：建立以生物信息學(xué)和生物芯片、中藥化學(xué)基因組學(xué)和及病毒感染基因組學(xué)為基礎(chǔ)的藥靶高通量發(fā)現(xiàn)篩選的技術(shù)平臺；在分子、細胞、動物及人體水平上，建立以分子間相互作用生物芯片、反義核酸/RNAi、基于細胞的化學(xué)基因

6、組學(xué)、轉(zhuǎn)基因和基因敲除等及臨床藥代和藥效動力學(xué)技術(shù)為核心的系統(tǒng)的藥靶驗證技術(shù)平臺。建立 “組合藥靶”的藥靶發(fā)現(xiàn)策略：基于生命是一個復(fù)雜的過程和體系，疾病是由有多個彼此之間存在著相互作用和動態(tài)變化的分子引起的這些基本生理和病理現(xiàn)象，提出“組合藥靶”的藥靶發(fā)現(xiàn)策略，驗證并完善組合藥靶策略的可行性。這一策略的核心思想是：從基因功能網(wǎng)絡(luò)中篩選疾病特異相關(guān)的基因組合，并驗證以這些特異性基因組合為靶進行藥物篩選的可行性及機理，如果被證明可行，則這些特異性分子組合即稱為“組合藥靶”。建立藥靶發(fā)現(xiàn)的生物信息學(xué)知識系統(tǒng)：整合結(jié)構(gòu)生物學(xué)和功能基因組學(xué)的信息資源，建立相應(yīng)的藥靶發(fā)現(xiàn)生物信息系統(tǒng)學(xué)查詢知識系統(tǒng)，包括數(shù)

7、據(jù)庫、藥靶篩選和驗證的新算法、新理論等。完成具自有知識產(chǎn)權(quán)的人類蛋白組電子字典1一項(human protein dictionary)、二級數(shù)據(jù)庫3355個和新算法23個；建立 一套特色的藥物基因組學(xué)研究體系：基于生命是一個復(fù)雜的過程和體系，疾病是有多個彼此之間存在著相互作用和動態(tài)變化的分子引起的這些基本生理和病理現(xiàn)象，提出、驗證并完善“組合藥靶？”定義清楚？(網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，多靶點治療的關(guān)系？)的觀點。這一觀點的核心是：藥物需要作用一系列疾病相關(guān)的靶分子組合(組合藥靶)才能發(fā)揮最佳的治療效果。這一觀點的驗證和應(yīng)用將給藥物靶分子的發(fā)現(xiàn)、藥物篩選及新藥的研究、開發(fā)及臨床用藥提供新的理論基礎(chǔ)，豐富和

8、發(fā)展藥物基因組學(xué)理論體系。發(fā)現(xiàn)若干一系列新型藥靶:(1)，通過生物信息學(xué)手段分析，初步分析篩選出10003000個潛在藥靶，提供8001000個3200-500個可供進一步實驗功能驗證的候選藥靶候選潛在藥靶；(2)通過系統(tǒng)篩選和功能驗證，確證獲得513-2510個（組）可供抗腫瘤或抗病毒藥物篩選的藥藥靶和“組合藥靶”靶標(biāo)；確證(3)發(fā)現(xiàn)3253個與藥物作用療效和毒副作用有關(guān)的功能多態(tài)性SNP，初步建立我國特色的藥物反應(yīng)個體差異的基因組學(xué)研究技術(shù)和理論體系。研究內(nèi)容及課題設(shè)置： 作用特異性和可藥性(drugability)是一個藥靶必須具備的最基本的性質(zhì)，如何發(fā)現(xiàn)特異性和可藥性藥靶并分析其特點和

9、作用機理是本項目的最主要目標(biāo)要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本項目針對上述問題，首先擬建立一個藥靶發(fā)現(xiàn)的技術(shù)平臺，并將該技術(shù)平臺其應(yīng)用于抗腫瘤和抗乙型肝炎病毒藥物靶標(biāo)的研究，從該研究中發(fā)現(xiàn)，探索一些特異性和可藥性藥靶的特點和規(guī)律，為新藥靶的發(fā)現(xiàn)奠定技術(shù)和理論基礎(chǔ)技術(shù)。技術(shù)平臺的建立擬基于根據(jù)藥靶發(fā)現(xiàn)的需要，結(jié)合國際前沿及我國的研究基礎(chǔ)、科研、人員和技術(shù)條件，首先基于現(xiàn)有生物信息資源，通過生物信息學(xué)、化學(xué)基因組學(xué)，結(jié)合表達譜分析等技術(shù)手段，篩選系列候選藥靶，然后通過RNAi和反義核酸、生物芯片、酵母雙雜交、轉(zhuǎn)基因和基因敲除及生物信息分析等技術(shù)，結(jié)合腫瘤細胞和裸鼠移植瘤模型對上述發(fā)現(xiàn)的候選藥靶進行系統(tǒng)地的功

10、能驗證，獲得特異性和可藥性藥靶標(biāo)。就疾病特異性和可藥性藥靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)問題驗證，擬采用消化系統(tǒng)腫瘤作為主要研究對象，采用“組合藥靶”的策略進行探索?？紤]到腫瘤是一個多基因相關(guān)疾病，從單一藥靶很難達到理想的效果，多靶點干預(yù)應(yīng)該應(yīng)該是腫瘤特異性治療的發(fā)展方向。如何從大量的腫瘤相關(guān)基因中發(fā)現(xiàn)特異性和可藥性的基因組合作為藥物多靶點干預(yù)的靶標(biāo)（組合藥靶）并闡明其作用機理是本項目的核心科學(xué)問題內(nèi)容。 本項目擬針對若干消化系統(tǒng)腫瘤，選擇采用生物信息學(xué)和表達譜分析等適當(dāng)先進的技術(shù)手段選擇與腫瘤發(fā)生、，發(fā)展及，轉(zhuǎn)移等相關(guān)的基因，通過正交設(shè)計等統(tǒng)計學(xué)方法進行實驗設(shè)計，應(yīng)用反義核酸或RNAi技術(shù)，結(jié)合基于細胞的高通量篩

11、選，驗證候選靶基因和基因組合與腫瘤細胞增殖或凋亡的相關(guān)性。對其特異性進行分析，發(fā)現(xiàn)具有體外特異抗癌作用的候選“組合藥靶”。采用生物芯片和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析，在細胞水平上分析上述“組合藥靶”被抑制前后腫瘤細胞基因和蛋白質(zhì)表達譜的變化，揭示多靶標(biāo)干預(yù)腫瘤細胞增殖等功能表型的分子機理。最后在裸鼠原位或皮下異植瘤模型上驗證“組合藥靶”的抗腫瘤作用，以證明其獲得特異性和可藥性靶標(biāo)。此外，針對某些抗腫瘤藥物作用靶標(biāo)和代謝酶的多態(tài)性影響藥物代謝、療效和毒副作用的問題，本項目擬選擇代表性藥物，病例系統(tǒng)分析其相關(guān)基因多態(tài)性，通過藥代動力學(xué)和臨床療效和毒副作用觀察，闡明藥靶和代謝酶多態(tài)性與藥物療效和毒副作用的關(guān)系

12、，并通過突變分析等手段闡明其內(nèi)在科學(xué)規(guī)律。 最后為了驗證組合藥靶發(fā)現(xiàn)策略在其它疾病藥靶發(fā)現(xiàn)中的適用性，項目擬基于病毒感染基因組學(xué)的策略，以乙型肝炎病毒(HBV)為例，從宿主細胞中發(fā)現(xiàn)HBV感染性疾病治療的特異性組合藥靶。針對上述研究內(nèi)容設(shè)置以下7個課題: 課題1：藥靶發(fā)現(xiàn)的生物信息學(xué)研究和知識系統(tǒng)的建立藥靶發(fā)現(xiàn)中的生物信息學(xué)研究和數(shù)據(jù)庫建立 課題2：藥靶高通量篩選及其相互作用分析技術(shù)體系的建立用中藥基因組學(xué)的策略尋找心血管疾病治療藥靶 課題3：用化學(xué)基因組學(xué)方法高通量篩選藥靶及其配基用病毒感染基因組學(xué)的策略尋找宿主細胞中抗HBV藥靶 專題二、重大疾病治療藥靶的功能驗證課題4：用基因工程小鼠篩選

13、和驗證次級藥靶用分子相互作用技術(shù)進行藥靶的批量發(fā)現(xiàn)和功能驗證課題5：“組合藥靶”的高通量篩選及功能研究分子功能網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的抗腫瘤藥物“組合藥靶”研究課題6：“組合藥靶”基因的多態(tài)性分析及其功能研究基于細胞的HTS結(jié)合化學(xué)基因組學(xué)方法研究藥靶及先導(dǎo)化合物 課題7：用“組合藥靶”的策略從宿主細胞中發(fā)現(xiàn)抗HBV藥靶數(shù)據(jù)庫知識系統(tǒng)的結(jié)合化學(xué)基因組學(xué)方法研究研究及先導(dǎo)化合物？分子功能網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的？專題一、重大疾病治療藥靶的發(fā)現(xiàn)課題1：藥靶發(fā)現(xiàn)中的生物信息學(xué)研究和數(shù)據(jù)庫建立課題2：用中藥基因組學(xué)的策略尋找心血管疾病治療藥靶課題3：用病毒感染基因組學(xué)的策略尋找宿主細胞中抗HBV藥靶專題二、重大疾病治療藥靶的

14、功能驗證課題4：用分子相互作用技術(shù)進行靶標(biāo)的批量發(fā)現(xiàn)和功能驗證課題5：分子功能網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的抗腫瘤藥物“組合藥靶”研究課題6：基于功能細胞的HTS結(jié)合化學(xué)基因組學(xué)方法研究藥靶及先導(dǎo)化合物課題7：用轉(zhuǎn)基因和基因剔除技術(shù)驗證藥靶的功能專題三、藥靶及代謝酶大規(guī)模多態(tài)性分析及功能研究課題8：心血管疾病治療藥物代謝酶及靶基因多態(tài)性位點及功能研究創(chuàng)新點(組合藥靶)和特色(基礎(chǔ)和技術(shù))：創(chuàng)新的藥靶發(fā)現(xiàn)策略：通常人們談到藥靶都是指單一分子，但是，基于生命是一個復(fù)雜的過程和體系，疾病是由多個彼此之間存在著相互作用和動態(tài)變化的分子引起的這些基本生理和病理現(xiàn)象，本項目提出了“組合藥靶”的藥靶發(fā)現(xiàn)策略。這一策略的核心思

15、想是：藥物需要作用一系列疾病相關(guān)特異的靶分子組合才能發(fā)揮最佳的治療效果，該靶分子組合經(jīng)過篩選和驗證，若具有特異性和可藥性即為組合藥靶。這一觀點的驗證和應(yīng)用將給藥物靶分子的發(fā)現(xiàn)、藥物篩選及新藥的研究、開發(fā)乃至臨床用藥提供新的理論和實驗依據(jù)。創(chuàng)新的藥靶發(fā)現(xiàn)生物信息學(xué)知識系統(tǒng)：應(yīng)用自研制的算法軟件，整合和挖掘公開及自有的基因組學(xué)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與本項目內(nèi)的分子生物學(xué)研究間密切的互動、查詢與分析，結(jié)合基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計技術(shù)，形成“藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)的知識系統(tǒng)”，為靶標(biāo)的可藥性提供線索和基礎(chǔ)。綜合的新藥靶發(fā)現(xiàn)技術(shù)平臺：綜合運用生物信息技術(shù)、生物芯片、反義核酸和RNAi、蛋白質(zhì)組學(xué)、酵母雙雜交、基因敲除等技術(shù)，并將其

16、有機的整合在一起，形成一個高效的藥靶篩選和功能驗證的技術(shù)平臺，為發(fā)現(xiàn)和確證新型藥靶提供有力的技術(shù)保障。 本項目的研究目的在于通過生物信息學(xué)等技術(shù)手段，促進基因組學(xué)與藥物學(xué)研究的銜接和交叉集成，通過靶基因鑒別、多態(tài)性和功能研究，尋找、確證藥物新靶標(biāo)特別是組合藥靶，使我國自主創(chuàng)新藥物研究開發(fā)能力跨上新臺階；促進相關(guān)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；通過上述研究建立我國特色的藥靶批量發(fā)現(xiàn)和功能確證的藥靶研究技術(shù)平臺?；窘⑽覈厣幕蚪M藥物學(xué)的理論體系框架；培養(yǎng)一支中國的藥物基因組學(xué)研究人才隊伍。為我國創(chuàng)新藥物的研究、開發(fā)乃至臨床合理用藥奠定堅實的學(xué)科、人才、理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 根據(jù)國家需求和項目特點和需要，集成

17、國內(nèi)的在生物信息學(xué)、基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)、基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)、生物芯片和生物傳感、反義核酸技術(shù)等先進技術(shù)及、藥學(xué)、基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)等優(yōu)勢學(xué)科，聯(lián)合等國家人類基因組北方研究中心等在學(xué)科、人才、科研基礎(chǔ)和實驗材料、實驗室、科研材料、生物信息及技術(shù)資源上優(yōu)勢互補的強勢單位，協(xié)作攻關(guān)，爭取在短期內(nèi)建立起我國基因組藥物學(xué)藥靶研究的技術(shù)平臺，初步形成我國特色的基因組學(xué)理論體系框架，發(fā)現(xiàn)一系列新型重大疾病治療若干藥物篩選研究和開發(fā)的新型藥靶分子，為我國重大疾病的治療、創(chuàng)新藥物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及藥學(xué)學(xué)科的發(fā)展做出突出貢獻。一、立項依據(jù)1疾病治療是急需解決的社會問題，藥物是疾病治療的最主要手段，醫(yī)藥

18、產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè) 疾病依然是威脅人類生命健康的頭號殺手。全球僅癌癥患者就超過4000萬人其中腫瘤，心血管疾病和傳染病是發(fā)病率和死亡率最高的三類疾病。目前尚無理想的治療手段。我國目前每年新增診癌癥患者數(shù)為已超過160萬人，現(xiàn)有腫瘤患者至少 300400萬人，年死亡人數(shù)超過130萬，是第二大死因。預(yù)計2005年抗腫瘤藥物市場將達283億美元。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計全世界3.5億以上HBV攜帶者，約1/4發(fā)展為肝癌和肝硬化。目前我國HBV攜帶者1.2億左右，每年有50萬人死于與HBV感染有關(guān)的疾病，直接醫(yī)療費用約500億元。當(dāng)前，藥物治療依然是疾病控制的最常用的手段，因此也是最有市場開發(fā)前景

19、的產(chǎn)業(yè)。目前全球醫(yī)藥市場總額已達3000億美元以上，估計2010年將達6000億美元。預(yù)計2005年抗腫瘤藥物市場將達283億美元。目前我國HBV攜帶者1.2億左右，每年有50萬人死于與HBV感染有關(guān)的疾病，直接醫(yī)療費用約500億元。盡管每年花費大量的資金用于該類疾病的治療，但仍有1000多萬人死亡。 此外，不同病人對同一藥物的反應(yīng)不同，表現(xiàn)為不同的藥物療效和毒副作用一直困擾著臨床醫(yī)療和制藥業(yè)，也是腫瘤治療失敗的重要原因。我國僅氨基糖苷類不良用藥導(dǎo)致的耳聾病人就超過500萬人。藥物超劑量、劑量不足和錯誤劑量使用使美國每年至少耗費數(shù)百億1000美元。 發(fā)達國家中約有三分之一的人會在他們生命歷程的

20、不同階段患上癌癥，其中近四分之一的患者最終死于癌癥?，F(xiàn)有全球癌癥患者數(shù)超過4000萬人。1997年公布的我國人口死亡原因抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，我國九十年代人口腫瘤死亡率為124.46/10萬，國內(nèi)腫瘤死亡率20年間上升了11.56，。我國目前每年新診癌癥患者數(shù)為160萬人，現(xiàn)有腫瘤患者數(shù)至少 300400萬人，年死亡人數(shù)超過130萬人，是第二大死因。心腦血管疾病近年來在我國呈逐年上升趨勢，每年約有300萬人死于心血管病，已構(gòu)成我國成人死亡的首要原因。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查，我國60歲以上的老人已逾1億，心腦血管疾病發(fā)病率約為10%。隨著社會老齡化人口的增多，這類疾病將嚴(yán)重威脅我國人民生命健康。傳染病也是人

21、類發(fā)病和死亡的最重要原因之一，特別是病毒性疾病，無論是發(fā)病較輕的流感病毒還是較重的HIV都依然令人束手無策。全球每年因傳染病患病和死亡逾千萬。乙型肝炎病毒 (Hepatitis B Virus HBV)感染是世界上最常見的傳染病之一，傳染性比HIV高100倍。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計全世界3.5億以上HBV攜帶者，約1/4發(fā)展為肝癌和肝硬化。中國是世界公認(rèn)的肝炎高發(fā)區(qū)，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國表面HBV攜帶者1.2億左右，慢性肝炎患者2000萬，每年有50萬人死于與HBV感染有關(guān)的疾病。藥物不良反應(yīng)是重要的死因之一，不同病人對同一藥物的反應(yīng)不同，表現(xiàn)為不同的藥物療效和毒副作用一直困擾著臨床醫(yī)療和制藥業(yè)

22、。據(jù)WHO統(tǒng)計，住院病人用藥不當(dāng)引起的不良反應(yīng)(ADR)發(fā)生率1020，其中5死亡。僅美國每年就有200萬以上的病人因用藥不當(dāng)導(dǎo)致病情加重，其中10萬因死亡，是死亡的第四大原因(Lazarou，1998)。根據(jù)人口、醫(yī)療和藥品生產(chǎn)狀況等推測，估計我國ADR問題會更加嚴(yán)重，僅氨基糖苷類不良用藥導(dǎo)致的耳聾病人就有5001000萬人。2藥物是疾病治療的最主要手段，將成為21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟增長點 當(dāng)前，藥物治療依然是疾病控制的最常用的手段，因此也是最有市場開發(fā)前景的產(chǎn)業(yè)。97年全球醫(yī)藥市場總額2200億美元，目前已達3000億美元以上，估計2010年將達6000億美元。預(yù)計到2005年，全球血栓

23、形成疾病治療藥市場將達到109億美元?？鼓[瘤藥物1995年的全球銷售額是91億美元，1997年為114億美元，預(yù)計2005年將達283億美元，年均增長率在12以上，而市場增長的動力仍在于癌癥診斷率提高、人口增多及其平均壽命延長，尤其對療效好、副作用小新藥需求的不斷增加。我國每年乙型肝炎的直接醫(yī)療費用約500億元，給社會、家庭造成沉重經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。而目前對乙型肝炎的治療，首選治療藥物干擾素的有效率只有30%左右。美國每年由于不合理的藥物處方使用帶來的健康護理系統(tǒng)上的浪費竟比這些藥物本身的價值還要高出36億美元，藥物超劑量、劑量不足和錯誤劑量使用每年至少耗費1000億美元。32高選擇性藥靶發(fā)現(xiàn)和合理用

24、藥是疾病治療藥物研究、開發(fā)及臨床應(yīng)用的關(guān)鍵 關(guān)鍵環(huán)節(jié)和最亟待急需解決的重大科學(xué)問題之一。當(dāng)前在藥學(xué)領(lǐng)域有有兩大科學(xué)問題急需解決：一方面臨床應(yīng)用的大部分藥物作用靶標(biāo)及代謝通路及機理有待闡明；另一方面又有大量新型藥靶亟待需要發(fā)現(xiàn)。疾病藥物治療的關(guān)鍵是高效率和高選擇性，而這依賴于基于機理的藥物研究和開發(fā)，尤其是特異性藥靶分子的發(fā)現(xiàn)及功能闡明等關(guān)鍵科學(xué)問題。理想的藥靶應(yīng)功能明確，對發(fā)病起關(guān)鍵作用(causative)且具可以控制有可藥性（drugability）、易于制備篩選模型等。343人類基因組計劃及相關(guān)技術(shù)為理想藥靶的發(fā)現(xiàn)及藥物的研究和開發(fā)提供了良 了良好的機遇，基因組藥物學(xué)為新藥靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和臨

25、床合理用藥研究提供了和獲得重大突破的可能 人類基因組計劃特別是功能基因組研究不僅為闡明生命的本質(zhì)提供了信息資源，同時其它學(xué)科的發(fā)展提供了很好的發(fā)展機遇。目前，已分析并公開了600種生物的全基因組序列，其中170種為真核生物。更有意義的是人類基因組全序列分析的完成，功能基因組研究在不斷深入。這些成果不僅為闡明生命的本質(zhì)提供了海量的生物信息資源，同時將為其它學(xué)科的發(fā)展提供極好的發(fā)展機遇。大量基因組學(xué)的研究成果和伴之而產(chǎn)生的大量高效率研究方法新技術(shù)如生物信息學(xué)、化學(xué)基因組學(xué)、生物芯片、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)基因和基因敲除等技術(shù)也為藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、功能及驗證及多態(tài)性分析為核心的基因組藥物學(xué)研究基因組藥物學(xué)研究

26、提供了堅實的理論基礎(chǔ)、豐富的生物信息資源及高效的技術(shù)手段。5基因組藥物學(xué)為新藥靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和合理用藥研究提供了重大突破的可能64實現(xiàn)國家人口與健康領(lǐng)域科研戰(zhàn)略目標(biāo)的需要 從基因到藥物再到疾病，我國已經(jīng)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、微生物基因組、疾病基因組學(xué)、中藥復(fù)方基礎(chǔ)研究和藥物先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域部署了一系列相關(guān)課題?？v觀這條人體與健康的科學(xué)生命科學(xué)項目戰(zhàn)略部署鏈，可以發(fā)現(xiàn)缺了兩環(huán)：一環(huán)個是從基因到靶標(biāo)和模型，；另一環(huán)個則是從藥物到臨床?；蚪M藥物學(xué)該項目的部署項目的開展將不僅可以完善該科學(xué)戰(zhàn)略部署鏈鏈條。，而且可以充分利用其它項目的研究成果并同時為其它項目研究提供技術(shù)平臺和、篩選靶

27、標(biāo)和理論基礎(chǔ)。 總之，開展藥靶的基因組藥物學(xué)研究是創(chuàng)新藥物研究和開發(fā)的源泉，深。對其深入研究有望在藥物的研究和、開發(fā)方面獲得突破性進展，使實現(xiàn)我國的藥物研究實現(xiàn)源頭創(chuàng)新的飛躍發(fā)展，進而解決我國13億人民治病用藥的社會和經(jīng)濟問題。藥靶發(fā)現(xiàn)篩選和功能驗證研究等基因組藥物學(xué)研究是特異性高效，低毒藥物發(fā)現(xiàn)的前提。該領(lǐng)域的研究有望在藥物作用的特異性這一關(guān)鍵科學(xué)問題上獲得重大突破，有望在腫瘤、心血管疾病及傳染性肝炎的治療藥物的研究發(fā)面取得比較重要的突破。內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1研究背景1研究背景傳統(tǒng)的藥靶發(fā)現(xiàn)方法一般是通過有顯著藥理作用的藥物，經(jīng)過分子藥理學(xué)研究，最終認(rèn)識藥靶。在這一過程中，發(fā)現(xiàn)有藥理作用

28、的藥物是瓶頸。雖然也可以通過動物實驗發(fā)現(xiàn)有藥理作用的化合物，但由于規(guī)模、速度和耗費等因素的限制，這一過程不可能很難實現(xiàn)大規(guī)模和高效率。 隨著生物化學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對疾病認(rèn)識達到了分子水平，并發(fā)現(xiàn)了一批新的藥靶，從而使基于機理的藥物發(fā)現(xiàn)成為可能。此時，以靶標(biāo)為基礎(chǔ)的藥物篩選包括模型的建立及化合物的合成和收集，成了新藥研究的瓶頸，因此大量的靶標(biāo)并沒有的到充分的利用。隨后出現(xiàn)的高通量和超高通量篩選和組合化學(xué)技術(shù)很好地解決了上述問難題，并確實發(fā)現(xiàn)了一批很好的新藥。為數(shù)不多的靶標(biāo)和成千上萬的化合物庫很快被篩了無數(shù)遍，利用價值越來越小，于是新的藥靶的發(fā)現(xiàn)很快又成了新藥研究和開發(fā)的瓶頸?？茖W(xué)家特

29、別是制藥公司很快把目光集中到新的藥靶發(fā)現(xiàn)這個瓶頸上。此時，也是人類基因組計劃研究如火如荼的階段，于是藥物學(xué)家和分子生物學(xué)家很快就找到了共同的興奮點從人類基因組中尋找疾病相關(guān)基因和藥靶。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，大量基因特別是疾病相關(guān)基因被申請專利，有的還被高價出售給制藥公司等，如肥胖基因和端粒酶基因等。但并不是所有的疾病相關(guān)基因都能成為藥靶，如肥胖基因目前就被人為很難成為藥靶。理想的藥靶不僅要在疾病的發(fā)生和發(fā)展中扮演關(guān)鍵(causative)的角色，而且還有具備可藥性(drugability)，否則只能是一個疾病標(biāo)志物而已。因此，藥靶的發(fā)現(xiàn)和功能驗證成了基因組學(xué)特別是功能基因組學(xué)和藥物學(xué)領(lǐng)域共同的研究熱

30、點，從而也產(chǎn)生了一們門新的交叉學(xué)科，基因組為基礎(chǔ)的藥物學(xué)研究，即基因組藥物學(xué)。廣義的藥物基因組藥物學(xué)概念應(yīng)是基于基因組學(xué)及相關(guān)技術(shù)的藥物研究科學(xué)，其研究內(nèi)容包括基因組為基礎(chǔ)的藥理、毒理和藥物研究開發(fā)應(yīng)用所涉及的藥靶分子的發(fā)現(xiàn)、驗證及HTS模型研究、先導(dǎo)化合物評價及臨床研究等。由于人類基因組計劃的實施，特別是目前較為精確的人類基因組全序列的初步繪制，以及大量SNP的檢測與發(fā)現(xiàn)，為從基因水平研究藥物反應(yīng)的個體差異奠定了基礎(chǔ)。大規(guī)模、高效精確的基因分型技術(shù)的出現(xiàn)和DNA測序技術(shù)的發(fā)展，使人們通過檢測基因型來預(yù)測不同個體對藥物反應(yīng)的不同表型成為可能。生物信息學(xué)的出現(xiàn)為處理大量的生物信息提供了強有力的工

31、具。正是在這樣歷史背景下，藥物基因組的概念應(yīng)運而生?；蚪M藥物學(xué)在生物技術(shù)和醫(yī)藥工業(yè)界掀起了前所未有的高潮，很多大的制藥公司與實驗室看到了它的潛在商機，紛紛在此方向投入巨資。在短短幾兩年內(nèi)，已經(jīng)先后有28多家聯(lián)合體形成，其中的10多家涉及藥物基因組藥物學(xué)在藥物研究和開發(fā)中的應(yīng)用(尤其是后期的臨床試驗)。大量研究報導(dǎo)與藥物基因組學(xué)專門期刊（Pharmacogenomics）的創(chuàng)立表明藥物基因組學(xué)研究正在蓬勃發(fā)展且具有光明的前景。1997年6月28日，Abbott-Geneset Alliance的誕生，標(biāo)志著藥物基因組學(xué)時代的到來。1998年6月910日美國國立醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所(NIGMS)在NI

32、H召開會議時，建議以NIGMS為主的科研機構(gòu)啟動基因組藥物學(xué)計劃。2研究進展21藥靶的尋找基因組學(xué)及相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展提供了令連數(shù)學(xué)家們都感到恐懼的海量生物信息。面對如此多的信息資源，科學(xué)家們在經(jīng)歷了短暫的激動之后，隨之而來的便是茫然。如何利用這些寶貴的信息資源成了后基因組或者說功能基因組時代的重要科學(xué)問題，正是在這種背景下產(chǎn)生了生物信息學(xué)、生物芯片、基因敲除、酵母雙雜交等一系列基因組學(xué)高通量研究新技術(shù)。這些技術(shù)不僅在基因組學(xué)特別是功能基因組學(xué)研究中發(fā)揮了重要的作用，而且也是目前藥靶發(fā)現(xiàn)和驗證的核心技術(shù)手段。采用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)和驗證藥靶，鑒定藥靶和代謝酶的多態(tài)性的研究也是近年國外基因組學(xué)與藥物

33、學(xué)相結(jié)合發(fā)展成的新型藥物發(fā)現(xiàn)模式。21藥靶的尋找基因表達調(diào)控和SNP研究是了解基因在細胞或有機體內(nèi)的功能，也是發(fā)現(xiàn)基因組靶標(biāo)的重要途徑。而采用高密度生物芯片進行基因表達和SNP研究無疑是最好的選擇。生物芯片技術(shù)該技術(shù)經(jīng)過幾多年的發(fā)展和完善，在特異性和靈敏度等方面已基本能夠滿足基因表達和SNP的研究的要求，并已開始應(yīng)用于新藥靶的尋找和基因多態(tài)性的研究。有該技術(shù)尋找藥靶、發(fā)現(xiàn)多態(tài)性主要是通過分析疾病基因和蛋白質(zhì)差異表達譜來實現(xiàn)的。有報導(dǎo)實驗利用基因芯片 分析何杰金氏病來源的L428及KMH2細胞與EB病毒永生化B淋巴細胞系LGL-GK的基因表達譜，發(fā)現(xiàn)IL-13在L428及KM H2細胞系表達異常

34、升高，從而提示IL-13及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，可能成為治療何杰金氏病的重要靶標(biāo)。而美國千年藥物公司利用基因組信息和基因芯片，發(fā)現(xiàn)了能調(diào)控血壓的1000多種與血壓相關(guān)的基因。但通過基因芯片得到的表達數(shù)據(jù)中并不包含調(diào)控序列信息，而轉(zhuǎn)錄組的分析方法卻能滿足這一點，它通過啟動子模型和聚類分析方法研究影響基因表達的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)并從中發(fā)現(xiàn)靶基因。其研究內(nèi)容包括從基因序列的外顯子圖得到特定cDNA的啟動子序列，再對共調(diào)節(jié)基因或幾組基因進行啟動子比較分析，建立描述啟動子轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點組織等級的模型進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的分子機制或無序列同源性基因的功能研究。有實驗利用轉(zhuǎn)錄組的分析方法研究腦血管痙攣動物模型基因表達變化，結(jié)果發(fā)

35、現(xiàn)腦血管痙攣的治療靶標(biāo)-血紅素氧化酶-1。所有的基因序列信息及功能，最終都要由蛋白來詮釋，蛋白是生命活動的最終體現(xiàn)者。蛋白質(zhì)組學(xué)以研究基因組、細胞或有機體的全蛋白表達譜為目標(biāo)，是對基因組研究的重要補充，在發(fā)現(xiàn)藥物靶蛋白中起重要作用。一個成功的例子是用蛋白質(zhì)組學(xué)研究環(huán)孢素A（cyclosprine A, CsA）的毒性：比較正常和CsA處理大鼠腎的2-DE電泳圖譜，發(fā)現(xiàn)CsA處理大鼠腎有一鈣結(jié)合蛋白culbindin D28下調(diào)，導(dǎo)致腎小管鈣化引起腎毒性，CsA腎毒性和culbindin D28下調(diào)的關(guān)系以前從未發(fā)現(xiàn)過，從而提示culbindin D28可能是CsA的作用靶標(biāo)。無論是基因組學(xué)研究

36、還是蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，它們的高通量規(guī)模決定它們將產(chǎn)生眾多的數(shù)據(jù)，這就需要對其進行生物信息學(xué)分析。目前生物信息學(xué)已大量運用于基因的發(fā)現(xiàn)和預(yù)測。利用生物信息學(xué)搜尋和對比已知靶基因及功能域的特征，結(jié)合疾病相關(guān)的基因組序列信息及臨床和基因表達資料進行分析，找出疾病組織與正常組織基因表達的差異數(shù)據(jù)，最終確定表達有顯著變化的基因作為候選藥靶基因。據(jù)報道，史克公司利用基因序列信息（人類基因組科學(xué)公司HGS完成）和生物信息學(xué)方法，很快發(fā)現(xiàn)了一個治療骨質(zhì)疏松的藥靶“Cathepsin K”。一致力于用生物信息學(xué)技術(shù)尋找藥靶的公司美國Inpharmatica公司，利用生物信息學(xué)方法分析果蠅基因組中脊（一種果蠅的轉(zhuǎn)

37、錄因子）識別序列的分布，發(fā)現(xiàn)了與靶基因表達和調(diào)控相關(guān)的區(qū)域。這些結(jié)果說明生物信息學(xué)方法可用來識別新的靶基因和基因網(wǎng)絡(luò)中調(diào)控序列。 22藥靶的確證 進入臨床試驗的侯選藥物中只有10%最終變成藥物，從而造成資源的巨大浪費。如果在藥物發(fā)現(xiàn)早期，如在藥靶的確證中加大投入以發(fā)現(xiàn)特異性藥靶，就能減少藥物開發(fā)后期的浪費。目前藥靶確認(rèn)主要采用基因敲除和轉(zhuǎn)基因、抗體、反義/RNAi、化學(xué)基因組學(xué)和uHTS方法、生物芯片、蛋白質(zhì)組、基因突變、酵母雙雜交技術(shù)等。轉(zhuǎn)基因技術(shù)：在藥靶的發(fā)現(xiàn)和確證中起重要作用，能為我們提供人類疾病模型，為早期有關(guān)化合物代謝和毒性方面的研究提供預(yù)警模型。目前國際上采用高通量的遺傳改造小鼠構(gòu)

38、建方法，開發(fā)了大量的轉(zhuǎn)基因或基因敲除小鼠來對新基因或EST進行功能研究。如果遺傳改造小鼠缺乏明顯的功能或結(jié)構(gòu)表型，可能說明靶基因無顯著的治療價值。ADP在維持自身穩(wěn)定和血栓形成中起著關(guān)鍵作用，其受體是抗血栓藥物的藥靶，但對受體亞型P2Y1的功能不十分清楚。通過建立P2Y1基因敲除模型和利用選擇性P2Y1拮抗劑研究證實P2Y1受體是抗血栓藥的藥靶。抗體技術(shù)也是藥靶發(fā)現(xiàn)的有效途徑之一，利用該技術(shù)成功的發(fā)現(xiàn)了抑制血管生成的 病理性血管新生與惡性腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，血管新生過程復(fù)雜，涉及前血管新生長因子（如VEGF）的釋放等。VEGF調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞的增殖和通透性，其受體（VEGF-1和VE

39、GF-2）主要在血管內(nèi)皮細胞表達，而在腫瘤組織中高表達?？筕EGF抗體或VEGF受體拮抗劑等具有明顯的抗腫瘤作用，表明如VEGF的血管新生相關(guān)的信號通路是抗腫瘤藥靶KDR和VEGF。反義序列：能特異地抑制靶基因，在整體和活細胞水平觀察靶分子的功能。隨著對反義序列構(gòu)效關(guān)系和序列元件作用的深入研究，計算機輔助的有效反義序列理論設(shè)計變得可行。通過鞘內(nèi)給予靶向河豚毒素抗性的鈉離子通道NaV1.8的特異反義寡核苷酸，可以降低相應(yīng)神經(jīng)元的鈉電流，減輕神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)性疼痛，證實了NaV1.8可以作為治療神經(jīng)性疼痛特異的分子靶。最近發(fā)展的RNAi技術(shù)比ASODN特異性更強，已闡明大量基因功能，也可用于藥靶

40、驗證。RNAi(陳忠斌寫點材料)：是一種基因轉(zhuǎn)錄后沉默作用（PTGS），主要通過dsRNA介導(dǎo)胞質(zhì)mRNA降解實現(xiàn)。通過RNAi也可以RNAi特異性抑制基因的表達可，闡明基因在生物體中的特定功能，從而進行靶標(biāo)確證，并研究和開發(fā)基于RNA的治療藥物?；瘜W(xué)基因組學(xué)：m1受體選擇性激動劑AC-42的發(fā)現(xiàn)證實了化學(xué)基因組學(xué)策略的價值。AC-42表現(xiàn)出單一的受體結(jié)合作用，其結(jié)合位點不同于乙酰膽堿的結(jié)合位點，且為AC-42顯示特異性m1受體激動作用所必需。這一m1受體特異激動劑的出現(xiàn)，就有可能在藥理學(xué)上證實不同疾病狀態(tài)下毒蕈堿m1受體的功能。蛋白質(zhì)組學(xué)在藥物開發(fā)的早期對靶標(biāo)的確證同樣具有重要價值，如有人研

41、究一組過氧化物酶體增殖物（PP）的蛋白表達譜變化，發(fā)現(xiàn)小鼠經(jīng)PP處理后有100多種蛋白表達發(fā)生變化，確認(rèn)了多個敏感標(biāo)志物。降血糖藥SDZ PGU693可引起大鼠肝細胞增生。通過對藥物處理的大鼠肝蛋白組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)幾種肝微粒體酶（如P450）表達受誘導(dǎo)，這提示微粒體增殖和P450酶誘導(dǎo)引起肝細胞增殖。同時一些線粒體蛋白（如F1ATP酶及胞漿脂肪酸結(jié)合蛋白）表達下調(diào)，提示線粒體脂肪酸代謝下調(diào)，反映化合物的藥理活性。結(jié)果表明，對肝臟蛋白組學(xué)的研究能揭示SDZ PGU693毒性和藥效的標(biāo)志物?？傊@些高通量技術(shù)或策略的應(yīng)用，必將對藥靶的發(fā)現(xiàn)和確證產(chǎn)生深遠的影響，并為最終發(fā)現(xiàn)療效較好、副作用較少的藥物做

42、出貢獻。23藥靶和代謝酶單核苷酸多態(tài)性大量的研究發(fā)現(xiàn)藥靶、轉(zhuǎn)運蛋白及代謝酶 單核苷酸的多態(tài)性（SNP）研究是人類基因組計劃走向應(yīng)用的重要步驟，SNP提供了一個強有力的工具，用于高危群體的發(fā)現(xiàn)、疾病相關(guān)基因的鑒定、藥物的設(shè)計和測試以及生物學(xué)的基礎(chǔ)研究等。 SNP在基因組中分布相當(dāng)廣泛，是人類基因組中最為普遍的變異形式。研究表明在人類基因組中每300堿基對就出現(xiàn)一次?；虻亩鄳B(tài)性是影響藥物療效和毒副作用的重要因素之一。SNP研究的一項基礎(chǔ)工程是建立種族或疾病相關(guān)的SNP數(shù)據(jù)庫，如日本從2000年開始建立日本民族的SNP數(shù)據(jù)庫，收集了15萬個位于基因或影響編碼的鄰近區(qū)域的SNP，其主要目的是研究多態(tài)

43、性與常見疾病或藥物反應(yīng)的關(guān)系，學(xué)者可以不受限制進入數(shù)據(jù)庫對SNP加以開發(fā)和應(yīng)用。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）抑制劑是抗血壓藥中一大類。有人研究印度不同民族人群之間ACE基因插入或缺失突變的多態(tài)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩類突變分布在不同民族人群之間不相同，存在高發(fā)插入等位基因突變的漸變?nèi)海瑔蝹€缺失突變的基因型與ACE活性增高相關(guān)?；虻牟町愡@種多態(tài)性差異可以影響化療藥物對腫瘤患者的療效和毒性。嚴(yán)重毒性常與藥物代謝酶基因的突變相關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn)，亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHER)的C677T突變可能改變患者對環(huán)磷酰胺、甲氨喋呤和5-氟尿嘧啶伍用方案對患者的治療效果。丙型肝炎患者對干擾素的反應(yīng)性與位于MxA基因

44、啟動子區(qū)域內(nèi)應(yīng)答序列的兩個SNP（-88位的G或T，-123位的C或A）有關(guān)。研究表明上述兩個位點分別為T和A時患者對干擾素的具有高反應(yīng)性。SNP的深入研究將會促進現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)生重要變革，催生個性化醫(yī)療。在疾病診斷上將會輔之以患者的基因分型；在治療上選擇特定敏感人群以提高療效，減少毒副作用。同時SNP研究將會發(fā)現(xiàn)一些疾病的相關(guān)基因，可以作用開發(fā)新藥的靶標(biāo)；在新藥臨床試驗中通過提取患者DNA，進行基因分型，為 = 3 * ROMAN III期臨床試驗的病例選擇提供依據(jù)，可減少試驗所需的病例數(shù)。另外，藥物基因組學(xué)的研究對新藥上市后監(jiān)測（ = 4 * ROMAN IV期）的策略也有影響。因此，預(yù)計在未

45、來35年內(nèi)里應(yīng)用患者的遺傳信息能更精確預(yù)測患者對現(xiàn)有一些藥物嚴(yán)重不良反應(yīng)的危險性；在未來的510年內(nèi)里能更精確預(yù)測患者個體如何從個體一種特定化治療中獲得的益處?；蚪M學(xué)及相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展提供了令數(shù)學(xué)家們都感到恐懼的海量生物信息。面對如此多的信息資源，科學(xué)家們在經(jīng)歷了短暫的激動之后，隨之而來的便是茫然。如何利用這些寶貴的信息資源成了后基因組或者說功能基因組時代的重要科學(xué)問題，正是在這種背景下產(chǎn)生了生物信息學(xué)、生物芯片、基因敲除、酵母雙雜交等一系列基因組學(xué)研究新技術(shù)。這些技術(shù)不僅在基因組學(xué)特別是功能基因組學(xué)研究中發(fā)揮了重要的作用，而且也是目前藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)的核心技術(shù)手段。生物信息學(xué)和基因或蛋白質(zhì)

46、表達譜是目前從基因組序列中發(fā)現(xiàn)藥靶的主要來源。利用生物信息學(xué)（基于芯片的生物學(xué)）算法建立模型，對基因組序列、表達和結(jié)構(gòu)信息進行挖掘（mining）(如序列對比等方法)發(fā)現(xiàn)大量候選藥靶。在序列比較的方法中，基于PROFILE的方法配對比較具有更好的選擇性。而在PROFILE方法中，隱藏馬爾可夫模型（HMMS）最佳，還可以通過計算改善HMMS性能，為已知結(jié)構(gòu)蛋白序列構(gòu)建HMMS確定好的方法。SUPERFAMILY是代表已知結(jié)構(gòu)的所有蛋白的HMMS庫。同源性小于95%的已知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)域序列被用來作為種子建造HMMS庫，庫中包含4894個模型。利用此庫對多于50個基因組進行序列搜索，初步認(rèn)定約1

47、5%的基因組序列與已知結(jié)構(gòu)序列具有同源性。雖然HMMER是很靈敏的方法，但需要整合所有基于PROFILE的算法做序列比較，應(yīng)用于靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)。事實上這些算法彼此互補，有些基因不能被HMMER發(fā)現(xiàn)，可以用其它算法來發(fā)現(xiàn)。其它基于PROFILE的算法有：PSIBCAST、IMPALA、FOLD、PSIBLAT、Reverse PSIBLAST和HFRAME、PROSITE、BLOCKS等。在必要時，也可以使用基于結(jié)構(gòu)的Threading算法如PROCERYON。藥靶發(fā)現(xiàn)： 基于人類基因組信息（公共或企業(yè)獨有的數(shù)據(jù)庫）和目前對藥物或微生物等外來物與機體相互作用機制的認(rèn)識，采用生物信息學(xué)、芯片和功能基因組

48、研究技術(shù)等去發(fā)現(xiàn)和驗證藥靶，鑒定藥靶和代謝酶的多態(tài)性的研究是近年國外基因組學(xué)與藥物學(xué)相結(jié)合發(fā)展成的新型藥物發(fā)現(xiàn)模式。最為簡單的方法是比較疾病組織與正常組織基因表達的差異數(shù)據(jù)，確定表達有顯著變化的基因作為候選藥靶基因。在大多數(shù)情況下，需要應(yīng)用生物信息學(xué)方法，通過已知靶基因及功能域的特征搜尋和對比，把與疾病相關(guān)的基因組序列信息與臨床和基因表達資料結(jié)合在一起分析。據(jù)報道，史克公司利用基因序列信息（人類基因組科學(xué)公司HGS完成）和生物信息學(xué)方法，很快發(fā)現(xiàn)了一個治療骨質(zhì)疏松的藥靶“Cathepsin K”。美國Inpharmatica公司是利用生物信息學(xué)技術(shù)進行藥靶尋找有代表性公司，主要是以基因組序列為

49、基礎(chǔ)的藥靶發(fā)現(xiàn)。利用生物信息學(xué)方法分析果蠅基因組中脊（一種果蠅的轉(zhuǎn)錄因子）識別序列的分布，發(fā)現(xiàn)與靶基因表達和調(diào)控相關(guān)區(qū)域。結(jié)果說明生物信息學(xué)方法可用來識別新的靶基因和基因網(wǎng)絡(luò)中調(diào)控序列。生物信息學(xué)在分析信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，闡釋信號通路上基因組序列的功能方面亦有用處。如TGF超家族是細胞內(nèi)信號分子重要成員（如TGF和骨形態(tài)蛋白）。這些分子激活胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)最終激活Smad家族的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)相應(yīng)的靶基因表達。生物信息學(xué)方法可用于上述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。生物芯片已開始應(yīng)用于新藥靶的尋找和基因多態(tài)性的研究?；蚧虻鞍仔酒?jīng)過多年發(fā)展，在特異性和靈敏度等方面可以滿足基因表達和SNP的研究。利用生物芯片的

50、方法尋找藥靶主要有基于疾病基因和蛋白質(zhì)表達譜差異尋找藥靶的信息和發(fā)現(xiàn)多態(tài)性。利用基因芯片分析何杰金氏病來源的L428及KMH2細胞與EB病毒永生化B淋巴細胞系LGLGK的基因表達譜，發(fā)現(xiàn)IL13在L428及KM H2細胞系表達異常升高，從而提示IL13及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能成為治療何杰金氏病的重要靶標(biāo)。美國千年藥物公司利用基因組信息和基因芯片，發(fā)現(xiàn)了能調(diào)控血壓的1000多種與血壓相關(guān)的基因。生物信息學(xué)和基因或蛋白質(zhì)表達譜是目前從基因組序列中發(fā)現(xiàn)藥靶的主要來源。利用生物信息學(xué)（基于芯片的生物學(xué)）算法建立模型，對基因組序列、表達和結(jié)構(gòu)信息進行挖掘（mining）(如序列對比等方法)發(fā)現(xiàn)大量候選藥靶。

51、在序列比較的方法中，基于PROFILE的方法配對比較具有更好的選擇性。而在PROFILE方法中，隱藏馬爾可夫模型（HMMS）最佳，還可以通過計算改善HMMS性能，為已知結(jié)構(gòu)蛋白序列構(gòu)建HMMS確定好的方法。SUPERFAMILY是代表已知結(jié)構(gòu)的所有蛋白的HMMS庫。同源性小于95%的已知結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)域序列被用來作為種子建造HMMS庫，庫中包含4894個模型。利用此庫對多于50個基因組進行序列搜索，初步認(rèn)定約15%的基因組序列與已知結(jié)構(gòu)序列具有同源性。多細胞生物基因組包含大量的順式調(diào)控序列，是從最初DNA序列衍生出基因表達譜的關(guān)鍵。以前需要借助繁瑣的功能分析方法確定調(diào)控序列，現(xiàn)在有人利用生物

52、信息學(xué)方法分析果蠅基因組中脊（一種果蠅的轉(zhuǎn)錄因子）識別序列的分布，發(fā)現(xiàn)與靶基因表達和調(diào)控相關(guān)區(qū)域。結(jié)果說明生物信息學(xué)方法可用來識別新的靶基因和基因網(wǎng)絡(luò)中調(diào)控序列。生物信息學(xué)在分析信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，闡釋信號通路上基因組序列的功能方面亦有用處。如TGF超家族是細胞內(nèi)信號分子重要成員（如TGF和骨形態(tài)蛋白）。這些分子激活胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)最終激活Smad家族的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)相應(yīng)的靶基因表達。生物信息學(xué)方法可用于上述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。除人類基因組外，微生物基因組的序列測定以及生物信息學(xué)應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)大量的抗微生物感染和耐藥微生物感染的藥靶，從而為新類型抗感染藥物的發(fā)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)?；蚪M測序、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組

53、學(xué)分析通過檢測疾病相關(guān)的表達譜以發(fā)現(xiàn)藥靶。利用轉(zhuǎn)錄組的分析方法（隨機cDNA測序、mRNA展示和差異雜交），研究腦血管痙攣動物模型基因表達變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦血管痙攣的治療靶血紅素氧化酶-1。表達陣列數(shù)據(jù)中不包含調(diào)控序列信息，但可以從啟動子模型和聚類分析方法研究影響基因表達的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)并從中發(fā)現(xiàn)靶基因。首先從基因序列中通過外顯子圖得到特定cDNA的啟動子序列，再對共調(diào)節(jié)基因或幾組基因進行啟動子比較分析以建立描述啟動子轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點組織等級的模型用于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的分子機制或無序列同源性基因的功能研究。藥靶驗證: 在臨床試驗中的侯選藥物中只有10%最終變成藥物，從而造成巨大浪費。如果在藥物發(fā)現(xiàn)早期，如在藥

54、靶的確證中加大投入以發(fā)現(xiàn)特異性藥靶，就能減少藥物開發(fā)后期的浪費。目前藥靶確認(rèn)主要采用生物芯片、蛋白質(zhì)組、基因敲除和轉(zhuǎn)基因技術(shù)、反義/RNAi技術(shù)（或稱為knock down）、抗體、基因突變、酵母雙雜交技術(shù)和生物芯片技術(shù)等。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在藥靶的發(fā)現(xiàn)和確證中起重要作用，能為我們提供人類疾病模型，在早期有關(guān)化合物代謝和毒性方面潛在問題提供預(yù)警模型。目前國際上采用高通量的遺傳改造小鼠構(gòu)建方法，開發(fā)了大量的轉(zhuǎn)基因或基因敲除小鼠來對新基因或EST進行功能研究。如果遺傳改造小鼠缺乏明顯的功能或結(jié)構(gòu)表型，可能說明靶基因無顯著的治療上價值。ADP在維持自身穩(wěn)定和血栓形成中起著關(guān)鍵作用，其受體是抗血栓藥物的藥靶，

55、但對受體亞型P2Y1的功能不十分清楚。通過建立P2Y1基因敲除模型和利用選擇性P2Y1拮抗劑研究證實P2Y1受體是抗血栓藥的藥靶。應(yīng)病理性血管新生與惡性腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，血管新生過程復(fù)雜，涉及前血管新生長因子（如VEGF）的釋放等。VEGF調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞的增殖和通透性，其受體（VEGF-1和VEGF-2）主要在血管內(nèi)皮細胞表達，在腫瘤組織中高表達?？筕EGF抗體或VEGF受體拮抗劑等具有明顯的抗腫瘤作用，表明如VEGF的血管新生相關(guān)的信號通路是抗腫瘤的藥靶。反義序列能特異地抑制靶基因，在整體和活細胞水平觀察靶分子的功能。隨著對反義序列構(gòu)效關(guān)系和序列元件作用的深入研究，計算機輔助的

56、有效反義序列理論設(shè)計變得可行。通過鞘內(nèi)給予靶向河豚毒素抗性的鈉離子通道NaV1.8的特異反義寡核苷酸，可以降低相應(yīng)神經(jīng)元的鈉電流，減輕神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)性疼痛，證實了NaV1.8可以作為治療神經(jīng)性疼痛特異的分子靶。除用上述的方法對大量的潛在藥靶加以確證外，現(xiàn)在人們可以采用化學(xué)基因組學(xué)和uHTS的方法來進行針對候選基因組靶的先導(dǎo)化合物篩選并對藥靶進行確證。（兩個策略）有人開發(fā)出基因輔助的藥靶評價方法作為通用藥靶確證技術(shù)，其特點是同時操作靶蛋白的合成和穩(wěn)定性，可以在釀酒酵母中定量檢測到靶基因產(chǎn)物滅活的致死性效果。藥物篩選、設(shè)計和評價的模型建立： 以基因組學(xué)、蛋白組學(xué)等為代表的相關(guān)新技術(shù)正在使現(xiàn)代藥

57、物發(fā)現(xiàn)發(fā)生急速轉(zhuǎn)變，從經(jīng)典的試驗-錯誤（trial-and-error）向以理性設(shè)計和基于生物學(xué)的方法轉(zhuǎn)變，會更多地依賴于靶分子的信息。 HTS或uHTS仍是目前新活性化合物發(fā)現(xiàn)主要手段。利用生物芯片、生物傳感器、微液流處理技術(shù)和智能數(shù)據(jù)庫軟件，以新發(fā)現(xiàn)的藥靶為基礎(chǔ)，采用熒光去極化、化學(xué)發(fā)光法等檢測方法，建立uHTS進行大規(guī)模的藥物篩選以加快新活性化合物的發(fā)現(xiàn)。一般認(rèn)為每個工作日檢測次數(shù)大于105、體積小于或等于10l、在高密度（大于或等于1536孔）檢測板中進行的篩選為uHTS。微量化技術(shù)、自動化、靈敏信號檢測方法、多種板樣式、自動化樣品傳送系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)建成高效、成本效益化合理的集成

58、化uHTS。利用公共靶標(biāo)蛋白的三維結(jié)構(gòu)及結(jié)合域形態(tài)特征數(shù)據(jù)庫，采用對接、生長等方法，對小分子化合物庫進行虛擬篩選。虛擬篩選充分利用基因組、蛋白組學(xué)信息，主要采用生物信息學(xué)的工具進行藥物發(fā)現(xiàn)，僅需要合成少量的化合物即可得到先導(dǎo)化合物，應(yīng)是未來藥物發(fā)現(xiàn)的主要手段之一?；谛酒姆椒ㄟM行篩選，不單是為了發(fā)現(xiàn)活性化合物結(jié)構(gòu)類型，現(xiàn)在開始對化合物的ADME性質(zhì)進行高通量虛擬篩選。 人類基因組的序列測定、用X衍射和NMR技術(shù)進行靶分子結(jié)構(gòu)確定和高性能的計算工具的使用，來自理論和實驗領(lǐng)域的科學(xué)家目光都集中到了理性藥物設(shè)計。藥物設(shè)計只需合成少量的化合物。目前基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計強調(diào)綜合應(yīng)用臨床、細胞、生化、結(jié)構(gòu)

59、和靶分子的生物物理學(xué)知識，開發(fā)出了計算工具可以對配體和大分子的作用強度進行直觀和定量，從而有助于藥物化學(xué)家設(shè)計配體和生物學(xué)家研究氨基酸序列對配體結(jié)合的影響。已知靶分子的藥物設(shè)計被稱為基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計，而當(dāng)靶蛋白結(jié)構(gòu)未知時可以進行基于配體的藥物設(shè)計。藥物設(shè)計需建立藥物和蛋白復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)模型和計算結(jié)合力，其中分子動力學(xué)和自由能的計算是預(yù)測配體分子親和力最為有效的工具之一?，F(xiàn)有精神系統(tǒng)藥物的藥靶多為膜轉(zhuǎn)運蛋白和G蛋白偶聯(lián)受體，可借助于算法技術(shù)和分子生物學(xué)等實驗方法構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)模型，進行分子動力學(xué)模擬、配體結(jié)合和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的研究。依據(jù)基因組學(xué)、蛋白組學(xué)信息和生物技術(shù)建立各種模型用來研究和開發(fā)新藥

60、是藥物基因組學(xué)發(fā)展的重要方向。遺傳改造的動物模型不僅用于新發(fā)現(xiàn)藥靶的評價，同時還能用于篩選化合物的功效和或毒性。表達藥物基因組學(xué)是指把基因組/蛋白組規(guī)模差異表達技術(shù)應(yīng)用于體內(nèi)外模型以確認(rèn)能預(yù)測藥物療效和毒性的侯選標(biāo)志物。通常在相應(yīng)的動物模型上分析基因或蛋白質(zhì)表達譜，對數(shù)據(jù)進行分析以提取和確證藥物基因組的分子標(biāo)志物。這方面研究的意義在于加快高效低毒的先導(dǎo)化合物和侯選藥物的產(chǎn)生。事實上，隨著HTS及uHTS技術(shù)的應(yīng)用，潛在先導(dǎo)化合物數(shù)量迅速增多，制藥企業(yè)面臨著如何選擇先導(dǎo)化合物進行開發(fā)的巨大壓力。大量的研究表明，基于基因組學(xué)的基因表達譜可以作為標(biāo)志物，用來預(yù)測藥物的毒性和闡明的藥物的毒理機制（預(yù)測