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

博士口碩博連讀研究生口學(xué)術(shù)型碩士也農(nóng)業(yè)推廣碩士專業(yè)學(xué)位口同等學(xué)力在職申請(qǐng)學(xué)位口高校教師攻讀碩士學(xué)位口基地班碩士口獸醫(yī)碩士專業(yè)學(xué)位口工程碩士專業(yè)學(xué)位口全日制專業(yè)學(xué)位碩士口中職教師攻讀碩士學(xué)位口風(fēng)景園林碩士專業(yè)學(xué)位口西北農(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(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)）學(xué)位課口選修課也研研所專任考考評(píng)TOC\o"1-5"\h\z究生年級(jí)、姓名 8研研所專任考考評(píng)究生學(xué)號(hào) 6在學(xué)院（系、部） 5業(yè)學(xué)科 4課教師姓名 3試日期試成績(jī)卷教師簽字處子，以發(fā)現(xiàn)選擇性作用于靶點(diǎn)的新藥。只有確定了靶點(diǎn)，后續(xù)所有的工作才有展開的依據(jù)?；衔锏暮铣蛇@個(gè)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(dòng)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(jìn)行下面的步驟?；钚曰衔锏暮Y選不是所有合成出來(lái)的化合物都能有理想的活性，在這個(gè)階段需要通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)層面展開。同時(shí)也存在一個(gè)化合物對(duì)目標(biāo)A靶點(diǎn)沒(méi)有作用，卻有可能對(duì)其他的B靶點(diǎn)C靶點(diǎn)有非常好的活性的情況，暫且不表。進(jìn)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(gè)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。藥物評(píng)估評(píng)估藥物的藥理作用，安全性與毒性，藥物的吸收、分布、代謝和排泄情況（ADME）。這部分的實(shí)驗(yàn)需要在動(dòng)物層面展開。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有時(shí)候會(huì)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。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(gè)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(duì)在胃酸里面會(huì)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(guò)制劑來(lái)部分解決這個(gè)問(wèn)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(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟并不一定嚴(yán)格按照這個(gè)順序展開，也沒(méi)有1、2、3這樣一個(gè)明顯的分界線。各個(gè)步驟是一個(gè)相互包容協(xié)調(diào)的關(guān)系。臨床I期在新藥開發(fā)過(guò)程中，將新藥第一次用于人體以研究新藥的性質(zhì)的試驗(yàn),稱之為I期臨床試驗(yàn).即在嚴(yán)格控制的條件下,給少量試驗(yàn)藥物于少數(shù)經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎選擇和篩選出的健康志愿者（對(duì)腫瘤藥物而言通常為腫瘤病人），然后仔細(xì)監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)藥物在人體內(nèi)的性質(zhì).I期臨床試驗(yàn)通常要求健康志愿者住院以進(jìn)行24小時(shí)的密切監(jiān)護(hù).隨著對(duì)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(guò)I期臨床試驗(yàn)，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(lái)在病人身上使用的合適劑量.可見(jiàn),I期臨床試驗(yàn)是初步的臨床藥理學(xué)及人體安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn),目的在于觀測(cè)人體對(duì)新藥的耐受程度和藥代動(dòng)力學(xué),為制定給藥方案提供依據(jù).臨床II期通過(guò)I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(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù).但是，通常在健康的人體上是不可能證實(shí)藥品的治療作用的.在臨床研究的第二階段即n期臨床試驗(yàn)，將給藥于少數(shù)病人志愿者,然后重新評(píng)價(jià)藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和排泄情況.這是因?yàn)樗幬镌诨疾顟B(tài)的人體內(nèi)的作用方式常常是不同的，對(duì)那些影響腸、胃、肝、和腎的藥物尤其如此。以一個(gè)新的治療關(guān)節(jié)炎的止通藥的開發(fā)為例。n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(shí)不良反應(yīng)的發(fā)生率的高低，以確定疼痛得到充分緩解但不良反應(yīng)最小的劑量?？梢哉f(shuō)，n期臨床試驗(yàn)是對(duì)治療作用的初步評(píng)價(jià)階段。n期臨床試驗(yàn)一般通過(guò)隨機(jī)盲法對(duì)照試驗(yàn)（根據(jù)具體目的也可以采取其他設(shè)計(jì)形式），對(duì)新藥的有效性和安全性作出初步評(píng)價(jià)，并為設(shè)計(jì)ni期臨床試驗(yàn)和確定給藥劑量方案提供依據(jù)。臨床III期在I,n期臨床研究的基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)藥物用于更大范圍的病人志愿者身上，進(jìn)行擴(kuò)大的多中心臨床試驗(yàn)，進(jìn)一步評(píng)價(jià)藥物的有效性和耐受性（或安全性），稱之為n期臨床試驗(yàn)。n期臨床試驗(yàn)可以說(shuō)是治療作用的確證階段，也是為藥品注冊(cè)申請(qǐng)獲得批準(zhǔn)提供依據(jù)的關(guān)鍵階段，該期試驗(yàn)一般為具有足夠樣本量的隨機(jī)化盲法對(duì)照試驗(yàn)。臨床試驗(yàn)將對(duì)試驗(yàn)藥物和安慰劑（不含活性物質(zhì)）或已上市藥品的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)當(dāng)具有可重復(fù)性。可以說(shuō)，該階段是臨床研究項(xiàng)目的最繁忙和任務(wù)最集中的部分。除了對(duì)成年病人研究外，還要特別研究藥物對(duì)老年病人，有時(shí)還要包括兒童的安全性。一般來(lái)講，老年病人和危重病人所要求的劑量要低一些，因?yàn)樗麄兊纳眢w不能有產(chǎn)地清除藥物，使得他們對(duì)不良反應(yīng)的耐受性更差，所以應(yīng)當(dāng)進(jìn)行特別的研究來(lái)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(dòng)力學(xué)性質(zhì)等特點(diǎn)，因此在決定藥物應(yīng)用于兒童人群時(shí)，權(quán)衡療效和藥物不良反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)需要特別關(guān)注的問(wèn)題。在國(guó)外，兒童參加的臨床試驗(yàn)一般放在成人試驗(yàn)的ni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(méi)有其他治療方法，美國(guó)食品與藥品管理局允許I期臨床試驗(yàn)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(píng)價(jià)。我國(guó)對(duì)此尚無(wú)明確規(guī)定。新藥上市階段新藥申請(qǐng)?jiān)谕瓿伤腥齻€(gè)階段的臨床試驗(yàn)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(qǐng)。新藥申請(qǐng)需要提供所有收集到的科學(xué)資料。通常一份新藥申請(qǐng)材料可多達(dá)100000頁(yè)，甚至更多！按照法規(guī)，F(xiàn)DA應(yīng)在6個(gè)月內(nèi)審評(píng)完新藥申請(qǐng)。但是由于大部分申請(qǐng)材料過(guò)多，而且有許多不規(guī)范，因此往往不能在這么短的時(shí)間內(nèi)完成。1999年對(duì)于單個(gè)化學(xué)分子藥的審評(píng)時(shí)間平均為12.6個(gè)月。藥物批準(zhǔn)上市上述任何一步反饋得到的結(jié)果不好，都有可能讓一個(gè)候選藥物胎死腹中。最悲慘的結(jié)果可能是這個(gè)項(xiàng)目就直接被取消了。能夠通過(guò)全部3期臨床評(píng)價(jià)而上市的新藥越來(lái)越少，部分原因是開發(fā)出比市場(chǎng)上現(xiàn)有藥物綜合評(píng)價(jià)更好的新藥越來(lái)越難。如果能夠走到這一步，那么暫時(shí)可以說(shuō)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(wú)幾。但是批準(zhǔn)上市了并不代表這個(gè)藥物就高枕無(wú)憂了。因?yàn)檫€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(píng)估的只有5種可以進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，而大約只有1種會(huì)被批準(zhǔn)。IV期臨床研究藥物上市后監(jiān)測(cè)。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(cè)。藥物使用知道（其實(shí)就是說(shuō)明書的增補(bǔ)）需要根據(jù)這一階段的結(jié)果來(lái)相應(yīng)修訂。這一階段還會(huì)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(huì)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(méi)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(huì)被監(jiān)管部門強(qiáng)制要求下架。有的藥物甚至才上市一年，由于4期臨床評(píng)價(jià)不好而被迫下架。FDA要求的附加的上市后試驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物試驗(yàn)，試驗(yàn)人群：20?80例健康志愿者、100?300例病患志愿者、1000?3000例病患試驗(yàn)者。試驗(yàn)?zāi)康臑樵u(píng)定藥物安全性和生物活性，確定藥物安全性和劑量，評(píng)估藥物有效性，尋找副作用，驗(yàn)證藥物有效性，監(jiān)控長(zhǎng)期使用的不良反應(yīng)。三、模擬創(chuàng)新對(duì)新藥研發(fā)的作用“十一五”計(jì)劃的“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(xiàng)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(qǐng)、答辯和即將實(shí)施的浪潮中。我國(guó)政府對(duì)新藥的創(chuàng)制從來(lái)沒(méi)有這樣大的投入。然而,我國(guó)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(cuò)位導(dǎo)致我國(guó)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(jià)值取向和評(píng)價(jià)體系與企業(yè)有很大區(qū)別,事實(shí)表明大學(xué)和研究所的研究項(xiàng)目往往脫離企業(yè)和市場(chǎng)的需求,難以與開發(fā)接軌。所以,盡管國(guó)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(wèn)題所造成的矛盾,這是我國(guó)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(xiàng)行動(dòng)中調(diào)整思路,理順關(guān)系,切實(shí)落實(shí)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。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(shí)產(chǎn)權(quán)和有市場(chǎng)潛力,但起步點(diǎn)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(guò)確證而起始的研發(fā)項(xiàng)目,是由生物學(xué)研究為原動(dòng)力,所以可認(rèn)為首創(chuàng)性藥物是生物學(xué)驅(qū)動(dòng),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(jī)制的新化學(xué)實(shí)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(guò)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(xiàng)目,投入巨大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),風(fēng)險(xiǎn)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?yàn)橛幸阎幕钚曰衔锘蛩幬镒鳛閰⒖?可進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬或根據(jù)藥效團(tuán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以,模擬創(chuàng)新藥物是以化學(xué)作為驅(qū)動(dòng)研究的。研發(fā)的藥物可認(rèn)為是模仿性的跟進(jìn)(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(wèn)題是當(dāng)一個(gè)新靶標(biāo)被披露或相應(yīng)的藥物進(jìn)入臨床或上市后,往往有眾多的研發(fā)跟進(jìn),因此競(jìng)爭(zhēng)激烈,研制的化學(xué)空間較小,新藥上市后的市場(chǎng)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(duì)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。表1首創(chuàng)性藥物與模擬創(chuàng)新藥物的比較內(nèi)容首創(chuàng)性藥物模擬創(chuàng)新藥物0f制藥物的目標(biāo)惟一，領(lǐng)先超越.跟進(jìn)靶標(biāo)及其結(jié)構(gòu)全新，未知己知靶標(biāo)結(jié)構(gòu)未知已知配體或活性分子無(wú)有藥效團(tuán)無(wú)有化學(xué)空間大局限投入大較小市場(chǎng)塞爭(zhēng)暫時(shí)無(wú)漱烈風(fēng)險(xiǎn)性較小分子骨架和藥效團(tuán)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(tuán)和結(jié)構(gòu)骨架構(gòu)成的,藥效團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)的“賦形劑”,具有連續(xù)性的特征。相同的藥效團(tuán)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(tuán)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(tuán)。保持藥效團(tuán)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(dòng)學(xué)性質(zhì)或物化性質(zhì),有利于發(fā)揮藥效,同時(shí),新的骨架體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的新穎性,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。結(jié)構(gòu)骨架變換的方式模擬創(chuàng)新藥物的分子設(shè)計(jì),主要是骨架的變換,變換的方式很多,可歸納為3個(gè)層次:以電子等排原理變換骨架結(jié)構(gòu);以優(yōu)勢(shì)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(jìn)行骨架遷越。電子等排置換是藥物化學(xué)和分子設(shè)計(jì)的經(jīng)典方法,包括原子、基團(tuán)和環(huán)系之間的變環(huán)?？?jié)兯幬颒+/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(wèn)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(dòng)學(xué)性質(zhì)強(qiáng)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(diǎn)，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(shí)對(duì)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。優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)是藥物化學(xué)的另一個(gè)概念,其定義是“一個(gè)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(shí)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(guó)2005上市的模擬新藥,其藥效學(xué)強(qiáng)度和選擇性以及藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)均優(yōu)于西地那非,且研發(fā)的時(shí)間與成本也低于西地那非。骨架遷越最初是用計(jì)算技術(shù)在已知的數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)的生物活性。現(xiàn)今已不限于計(jì)算的方法,藥物化學(xué)家在用傳統(tǒng)的類似物設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)全新骨架,實(shí)現(xiàn)骨架的遷越。鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2是治療2型糖尿病的藥物靶標(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(gè)苯環(huán)距離縮短成一個(gè)碳原子,為碳酸酯前藥,處于II期臨床研究。Dapagliflozinl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(guò)螺環(huán)將糖環(huán)固定，對(duì)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(dòng)劑,最初批準(zhǔn)上市為減肥藥,但一年后(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(lái)證明心臟瓣膜的不良反應(yīng)是由于右芬氟拉明同時(shí)對(duì)5HT2B的激動(dòng)作用，所以，消除右芬氟拉明激動(dòng)5HT2B的作用，提高對(duì)5HT2C亞型的選擇性活性,是研發(fā)減肥藥的途徑。為此,對(duì)右芬氟拉明加以構(gòu)象限制,得到苯并氮雜化合物lorcaserin,它對(duì)5HT2C的選擇性作用強(qiáng)于5HT2B100倍，每日口服10mg,bid，連續(xù)1年可降低體重3.6kg，未見(jiàn)心臟瓣膜的變化,目前處于III期臨床研究。四、現(xiàn)代生物學(xué)帶動(dòng)新藥的研發(fā)現(xiàn)代“組學(xué)”與藥物發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)下半葉以來(lái),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(diǎn)?；蚪M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,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(gè)層面對(duì)藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?；蚪M學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)人類基因組計(jì)劃的實(shí)施和完成提供了更多基因變異與藥物個(gè)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(cè)與發(fā)現(xiàn)，大規(guī)?；蚍中图夹g(shù)、DNA測(cè)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(gè)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。基因表達(dá)是大部分機(jī)體對(duì)異質(zhì)物反應(yīng)的樞紐。近年來(lái)通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用基因組表達(dá)譜與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)分析,研究比較基因組在疾病發(fā)生與發(fā)展過(guò)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(diǎn)共表達(dá)的新序列,極大地促進(jìn)了藥物作用新靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。特別是針對(duì)單基因疾病,基因組研究對(duì)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(jì)。由于體內(nèi)單一基因變異的不可預(yù)見(jiàn)性常常直接導(dǎo)致臨床藥物療效的不可預(yù)測(cè)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(diǎn)。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(gè)體遺傳學(xué)特性如何影響機(jī)體對(duì)藥物的反應(yīng),包括基因變異所致的不同患者對(duì)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(yùn)、代謝和消除差異的基因特性,從而指導(dǎo)藥物開發(fā)過(guò)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(guò)程相關(guān)的候選基因,分析基因序列的變異性對(duì)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(cè)和分析技術(shù)包括以DNA芯片、生物統(tǒng)計(jì)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(guò)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(hào)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(wèn)題。只有充分而妥善處理好上述問(wèn)題,才能合理地將藥物基因組學(xué)研究運(yùn)用于藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程,推動(dòng)個(gè)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(guò)程。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(jī)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(jìn)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(shí)現(xiàn)基因組研究的價(jià)值。蛋白質(zhì)組學(xué)是研究生物機(jī)體、組織或細(xì)胞甚至亞細(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(dòng)態(tài)變化規(guī)律等?；蚪M研究結(jié)果提示,人類至少包含數(shù)萬(wàn)個(gè)基因表達(dá)數(shù)十萬(wàn)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(diǎn)。而且,目前已知的約500個(gè)藥物作用靶點(diǎn)中(不包括抗菌、抗病毒、抗寄生蟲藥的作用靶點(diǎn)),主要是受體、酶類、離子通道和核受體等,其中90%的靶點(diǎn)為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)研究通過(guò)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(cè)疾病發(fā)生與發(fā)展過(guò)程以及藥物干預(yù)過(guò)程中,蛋白質(zhì)表達(dá)譜和蛋白質(zhì)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(duì)這些蛋白進(jìn)行一級(jí)結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)測(cè)定,綜合分析其生物學(xué)功能,推測(cè)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(diǎn)提供可能,同時(shí)也能提高已發(fā)現(xiàn)的藥物作用下游事件的效率,并促進(jìn)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(jì)藥物或?qū)ζ溥M(jìn)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(lái),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)(chemogenomics)。其研究?jī)?nèi)容包括基礎(chǔ)和臨床兩個(gè)方面:基礎(chǔ)研究主要包括藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)、候選化合物的篩選、藥物臨床前評(píng)價(jià)以及藥物作用機(jī)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(gè)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)(structuralproteomics)在藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中也有著重要的應(yīng)用價(jià)值。化學(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(guò)篩選小分子配體與蛋白的結(jié)合驗(yàn)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(shí)某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),預(yù)示其生物學(xué)功能,并評(píng)價(jià)其作用藥物靶標(biāo)的潛能,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè),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。轉(zhuǎn)錄組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組(transcriptome)是指一個(gè)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(shí)空性,以及機(jī)體組織細(xì)胞對(duì)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(guò)分析轉(zhuǎn)錄譜中的共調(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(hào)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(hào)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(diǎn)及其發(fā)揮作用的分子機(jī)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(jī)cDNA測(cè)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(guò)程中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值,包括藥物靶點(diǎn)的探索與發(fā)現(xiàn)、指導(dǎo)新藥設(shè)計(jì)與合成、新藥篩選等。代謝組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)機(jī)體代謝物的動(dòng)態(tài)變化可以敏感地反映機(jī)體對(duì)外源性化合物的反應(yīng)性,并提示機(jī)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提示機(jī)體對(duì)藥物的代謝途徑、代謝特點(diǎn)以及藥物對(duì)機(jī)體整體的影響。1999年英國(guó)教授Nicholson等在NMR分析的基礎(chǔ)上首次正式提出代謝組metabonomics）學(xué)概念（Nicholson.2002。代謝組學(xué)的主要研究對(duì)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(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)機(jī)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(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)藥物對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的生物學(xué)作用及機(jī)體的反應(yīng)性。代謝組學(xué)通過(guò)分析機(jī)體生物液體和組織中代謝產(chǎn)物譜的變化,研究機(jī)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(duì)機(jī)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(jī)體的終點(diǎn)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(jī)體代償性機(jī)制等許多因素的影響下,有時(shí)候藥物對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)與基因和蛋白表達(dá)并沒(méi)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(jī)體的最終反應(yīng)性。代謝產(chǎn)物是機(jī)體繼基因激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯、翻譯后修飾等一系列生命活動(dòng)之后的最終信號(hào)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(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)以及機(jī)體對(duì)藥物的作用。代謝組學(xué)通過(guò)分析與藥物作用密切相關(guān)的生物液體中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物濃度,比對(duì)藥物不同作用劑量以及不同作用時(shí)間機(jī)體代謝產(chǎn)物譜特征,從而為尋找藥物的作用靶點(diǎn),探索藥物作用機(jī)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(bǔ)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(píng)價(jià)。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(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)、天然產(chǎn)物分離純化等技術(shù)的快速發(fā)展,后基因組時(shí)代出現(xiàn)大量的候選化合物,而人類基因組計(jì)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(duì)這些新的候選物進(jìn)行藥效學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)、毒理學(xué)等多方面的快速規(guī)?；Y選,同時(shí)對(duì)可能的藥物靶標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)。近年來(lái)，高通量篩選(highthroughputscreening,HTS)、高內(nèi)涵篩選(highcontentscreening,HCS)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于藥物的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)樣品的高度自動(dòng)化大規(guī)模篩選,這一篩選過(guò)程又被稱為反向藥理學(xué)。HTS篩選的靶點(diǎn)包括受體、酶、離子通道等，其常用檢測(cè)技術(shù)有基于受體配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)的同位素標(biāo)記法、酶底物法、報(bào)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(shì),主要體現(xiàn)在:⑴微量篩選，節(jié)約資源：HTS一般僅需微克^貯樣品便可對(duì)候選物進(jìn)行篩選，從而大量減少實(shí)驗(yàn)耗材;(2)有效利用藥用資源,提高藥物發(fā)現(xiàn)機(jī)率:HTS實(shí)現(xiàn)了藥物篩選的規(guī)模化,并可通過(guò)一藥多篩,充分挖掘藥物的可能藥用價(jià)值;(3)高度自動(dòng)化，操作便捷：HTS主要采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作控制，減少人為操作誤差率并提高實(shí)驗(yàn)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(duì)藥靶藥理學(xué)作用的初步篩選;然后選擇具有活性的候選物對(duì)其進(jìn)行復(fù)篩,重點(diǎn)研究該候選物與藥靶作用的強(qiáng)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(gè)或某些特定候選物進(jìn)行深入篩選,包括候選物對(duì)藥物作用的基本細(xì)胞毒性、選擇性強(qiáng)弱、可能作用機(jī)制、與同類化合物的比較研究等。近幾年,HTS技術(shù)進(jìn)一步微量化和自動(dòng)化，形成超高通量篩選(ultrahighthroughputscreening,uHTS)。uHTS采用微量化技術(shù)和更靈敏的檢測(cè)方法以及高度自動(dòng)化進(jìn)樣系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),進(jìn)一步提高藥物篩選的效率并降低成本。檢測(cè)微量化和操作自動(dòng)化是uHTS的關(guān)鍵技術(shù)。目前uHTS檢測(cè)所需樣品體積為pL水平，每日篩樣量可高達(dá)10萬(wàn)次以上。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(cè),所獲得數(shù)據(jù)仍然有限，而且初篩所獲得陽(yáng)性結(jié)果還需進(jìn)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(diǎn)地對(duì)候選物進(jìn)行活性評(píng)價(jià)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(shí)檢測(cè)被篩選樣品對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、遷移、凋亡、代謝途徑及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)環(huán)節(jié)的影響,涉及的靶點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)化設(shè)備、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),檢測(cè)試劑,生物信息學(xué)等資源的綜合優(yōu)勢(shì),在細(xì)胞或分子水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn):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(duì)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(guò)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(guò)HCS篩選得到的陽(yáng)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(duì)細(xì)胞多重效應(yīng)的詳細(xì)數(shù)據(jù),包括細(xì)胞信號(hào)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(cè)載體和所需樣品體積與HTS沒(méi)有明顯的差異，檢測(cè)儀器多采用熒光顯微鏡。目前,HCS已經(jīng)引起了國(guó)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。藥物分子設(shè)計(jì)和虛擬篩選與藥物發(fā)現(xiàn)后基因組時(shí)代的藥物分子設(shè)計(jì)發(fā)展的顯著特點(diǎn)是:計(jì)算機(jī)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(dòng)藥物分子設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展。藥物分子設(shè)計(jì)主要包括分子模擬和計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)。就設(shè)計(jì)方法而言,藥物分子設(shè)計(jì)包括基于配體的藥物設(shè)計(jì)(ligandbaseddrugdesign,LBDD)和基于靶標(biāo)的藥物設(shè)計(jì)(targetsbaseddrugdesign,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(structureactivityrelationship,SAR)的分析，聯(lián)合相關(guān)的生物學(xué)信息庫(kù)建立定量構(gòu)效關(guān)系(quantitativestructureactivityrelationship,QSAR)或其它數(shù)學(xué)模型,再根據(jù)這些模型對(duì)新分子結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行活性預(yù)測(cè),主要是針對(duì)小分子的藥物設(shè)計(jì)；TBDD主要是針對(duì)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(guò)應(yīng)用理論計(jì)算和分子模擬等方法建立小分子藥靶的相互作用,并據(jù)此設(shè)計(jì)與藥靶作用的新分子。組合化學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)是藥物分子設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段,兩者相互結(jié)合,相互促進(jìn),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(jì)的發(fā)展人們將獲得越來(lái)越多的藥物新靶標(biāo)以及新的化合物,如果對(duì)所有靶標(biāo)和化合物都進(jìn)行篩選將是一項(xiàng)十分浩大的工程而耗費(fèi)巨大的人力、物力和財(cái)力。虛擬篩選(virtualscreening,VS)的出現(xiàn)有可能成為有效解決這一問(wèn)題的重要技術(shù)之一。虛擬篩選是指利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，針對(duì)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(tuán)模型搜尋或分子對(duì)接(Docking)的方法，從現(xiàn)有化合物數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)對(duì)應(yīng)的是,虛擬篩選分別包括基于配體的虛擬篩選(ligandbasedvirtualscreening,LBVS)和基于靶標(biāo)的虛擬篩選(targetbasedvirtualscreening,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(kù),通過(guò)分子對(duì)接計(jì)算小分子化合物與大分子靶點(diǎn)的可能作用,再評(píng)分(Scoring)兩者之間的結(jié)合位點(diǎn)并預(yù)測(cè)所選擇化合物與靶標(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(shí)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(duì)接方法可每天虛擬篩選上百萬(wàn)個(gè)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(jì)的優(yōu)勢(shì),越來(lái)越廣泛地參與藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)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(jì)算機(jī)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。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(guò)在微小基片(硅片或玻璃)表面固定大量的分子識(shí)別探針,或構(gòu)建微分析單元或檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)標(biāo)記化合物、核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞或其他生物組分進(jìn)行準(zhǔn)確規(guī)?；目焖俸Y選或檢測(cè)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(gè)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(shí)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(duì)推進(jìn)創(chuàng)新藥物研究有著重要的影響。藥物靶點(diǎn)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(gè)領(lǐng)域,主要采用DNA芯片和蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)某一特定基因或特定蛋白的表達(dá),也可檢測(cè)生物體整個(gè)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(guò)在芯片上固定特定的寡核苷酸、cDNA、靶酶、受體蛋白,甚至還包括電信號(hào)等實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)是快速靈敏、高通量、微型化和自動(dòng)化。國(guó)外幾乎所有的大型制藥公司和藥物研究機(jī)構(gòu)均已將生物芯片應(yīng)用于藥物的開發(fā)過(guò)程中,顯示其強(qiáng)大的發(fā)展勢(shì)力。隨著芯片檢測(cè)特異性和靈敏度的提高、樣品制備和標(biāo)記操作的簡(jiǎn)化以及數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,生物芯片必將在藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮更重要的作用。表面等離子共振(surfaceplasmonresonance,SPR)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種以芯片為基礎(chǔ)的光學(xué)生物傳感器系統(tǒng),它不需要熒光或放射性標(biāo)記物。分子結(jié)合與分離時(shí)可產(chǎn)生光強(qiáng)度變化,分子結(jié)合到一個(gè)固相化的生物靶分子上,當(dāng)分析物溶液通過(guò)傳感器芯片時(shí),結(jié)合到靶分子上的分子可被即時(shí)檢測(cè)。基于這一原理SPR可廣泛用于微量蛋白的快速篩選或檢測(cè)，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(cè)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(cè)靈敏度非常高。SPR整合了藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中陽(yáng)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(xiàng)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(diǎn),并幫助人們深入認(rèn)識(shí)藥物的作用機(jī)制。同時(shí),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(cè)藥物的吸收、分布、代謝和排泄過(guò)程等。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(皿0。卜in)和基因敲除(knockout)兩種方式，其顯著特點(diǎn)是:分子及細(xì)胞水平操作,組織及動(dòng)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(duì)機(jī)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(guò)程中其主要應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在:(1)建立基于特殊疾病的整體動(dòng)物模型,實(shí)現(xiàn)藥物的體內(nèi)活性篩選:轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以針對(duì)某些人類疾病(特別是遺傳性疾病)的病理生理特點(diǎn),通過(guò)基因敲入使特定基因表達(dá)或過(guò)表達(dá),或通過(guò)基因敲除使特定基因不表達(dá)或表達(dá)很少,從而復(fù)制出與人類疾病類似的動(dòng)物模型。通過(guò)這些特殊動(dòng)物模型能夠真實(shí)地反映候選化合物的藥理學(xué)活性及其在體內(nèi)的作用特征;(2)藥物作用靶標(biāo)的鑒定和確認(rèn):基因組、蛋白質(zhì)組以及生物芯片等主要從細(xì)胞和分子水平尋找和發(fā)現(xiàn)藥物的作用靶標(biāo),然而,由于體外實(shí)驗(yàn)環(huán)境與機(jī)體體內(nèi)存在很大差異,而藥物最終進(jìn)入人體面臨十分復(fù)雜的整體環(huán)境,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物能夠模擬人體的內(nèi)環(huán)境,從而更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物作用靶標(biāo)的鑒定和確認(rèn),而成為上述研究的有利補(bǔ)充;(3)藥代動(dòng)力學(xué)及藥物臨床前評(píng)價(jià):利用特定的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物能夠幫助研究人員在藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中盡早地了解藥物的代謝特征及其毒理學(xué)特點(diǎn),從而決定繼續(xù)開展或終止藥物的后續(xù)開發(fā)活動(dòng)。選擇特定的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物能夠降低藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中動(dòng)物的消耗量、縮短試驗(yàn)周期,從而降低藥物開發(fā)成本。目前,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物廣泛用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如阿爾采末病)、癌癥、心血管疾病等多種疾病治療藥物的相關(guān)研究中。與轉(zhuǎn)基因技術(shù)類似的是,RNA干擾(RNAinterference,RNAi)技術(shù)也能使體內(nèi)正?；虮磉_(dá)發(fā)生改變。RNAi是指將與mRNA對(duì)應(yīng)的正義RNA(senseRNA)ff反義RNA(antisenseRNA)組成的雙鏈RNA(doublestrandedRNA,dsRNA)導(dǎo)入細(xì)胞誘導(dǎo)靶mRNA發(fā)生特異性的降解而導(dǎo)致基因沉默的現(xiàn)象，又稱為轉(zhuǎn)錄后基因沉默(posttranscriptionalgenesilencing,PTGS)。RNAi廣泛存在于植物、動(dòng)物和人體內(nèi),對(duì)機(jī)體基因表達(dá)的管理、病毒感染的防護(hù)以及活躍基因的控制等生命活動(dòng)均具有重要意義。1998年Fire等首次報(bào)道了RNAi現(xiàn)象并對(duì)其做出科學(xué)解釋(MontgomeryMK,FireA.1998)止匕后,RNAi技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)科學(xué)中，經(jīng)數(shù)年的研究證實(shí)這一機(jī)制是完全正確的。RNAi的發(fā)現(xiàn)解釋了許多令人困惑、相互矛盾的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果,并揭示了控制遺傳信息流動(dòng)的自然機(jī)制,從而開啟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。美國(guó)科學(xué)家安德魯菲爾和克雷格梅洛因此而獲得2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。RNAi為基因和蛋白功能研究、核酸藥物的分子設(shè)計(jì),藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、疾病基因治療等科學(xué)研究提供了重要手段?？茖W(xué)家預(yù)言利用這種技術(shù)有可能發(fā)現(xiàn)更多、更好的藥物作用靶點(diǎn),獲得使致病基因失活的新型基因藥物。RNAi可以高通量地發(fā)現(xiàn)藥物靶基因,而成為尋找新藥作用靶標(biāo)的有力工具。RNAi可高度特異性地干擾表達(dá)潛在靶點(diǎn)的基因，進(jìn)而干擾機(jī)體疾病的發(fā)生與發(fā)展，其效果與高特異性靶蛋白的抑制效果類似。目前，RNAi已廣泛用于探索發(fā)現(xiàn)治療腫瘤、病毒感染性疾病、神經(jīng)退行性疾病以及血液病等疾病的藥物靶標(biāo)。國(guó)外許多藥物研發(fā)公司或大型制藥公司已將RNAi作為高通量藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)的常用工具。止匕外，RNAi還可以與基礎(chǔ)表達(dá)相結(jié)合，用于藥物篩選以及藥物作用機(jī)制的評(píng)價(jià)。值得一提的是，RNAi與基因敲除是兩種完全不同的技術(shù)手段,兩者有著明顯的差異而在藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程中各有優(yōu)勢(shì),相互補(bǔ)充。生物信息學(xué)對(duì)藥物發(fā)現(xiàn)的影響生物信息學(xué)(bioinformatics)是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及生物學(xué)等手段對(duì)各種生物信息進(jìn)行收集、加工、儲(chǔ)存、分析、整理和歸納,并對(duì)生物信息做出解析的學(xué)科。生物信息學(xué)的研究?jī)?nèi)容十分廣泛,主要包括:(1)建立、貯存并管理大量的生物學(xué)信息庫(kù),包括基因組序列、基因多態(tài)性、基因表達(dá)調(diào)控、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能、特征性代謝產(chǎn)物譜、疾病相關(guān)基因和/或蛋白、生物標(biāo)志物信息庫(kù)等;(2)開發(fā)計(jì)算機(jī)算法和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,分析確定數(shù)據(jù)庫(kù)中大量數(shù)據(jù)相關(guān)性;(3)應(yīng)用已知的生物學(xué)信息預(yù)測(cè)或分析生物大分子或小分子化合物的結(jié)構(gòu)與功能。生物信息學(xué)可應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)的全過(guò)程,包括藥物分子設(shè)計(jì)、藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)、藥物篩選以及藥物臨床前評(píng)價(jià)等。生物信息學(xué)能為藥物分子設(shè)計(jì)提供豐富的數(shù)據(jù)庫(kù),包括藥靶的基因序列及表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)、三維結(jié)構(gòu)、受體與配體結(jié)合作用、構(gòu)效關(guān)系、化合物生物活性庫(kù)等,從而為藥物分子設(shè)計(jì)提供導(dǎo)向并促進(jìn)化合物的虛擬篩選。對(duì)于已發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)化合物,利用生物信息學(xué)技術(shù)借助配體和作用靶點(diǎn)的三維結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行藥效學(xué)和毒理學(xué)的優(yōu)化,從而發(fā)現(xiàn)更為理想的化合物。此外生物信息學(xué)可以對(duì)前期基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)的表達(dá)差異基因或差異蛋白歸類分析,通過(guò)檢索特定生物學(xué)信息庫(kù)而對(duì)其進(jìn)行比較研究,綜合基因的序列特征以及蛋白結(jié)構(gòu)等其它相關(guān)信息,發(fā)現(xiàn)新的潛在藥物靶點(diǎn)并對(duì)前期研究所發(fā)現(xiàn)的信息進(jìn)行進(jìn)一步確定和驗(yàn)證,極大地提高藥物發(fā)現(xiàn)的速度和效率。從某種程度上說(shuō),生物信息學(xué)已經(jīng)成為藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)的必備技術(shù)手段。系統(tǒng)生物學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)“組學(xué)”研究、計(jì)算科學(xué)、數(shù)學(xué)模型以及生物信息學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了各學(xué)科在更大范圍和更高層次上的交叉與整合,從而推進(jìn)傳統(tǒng)生物學(xué)的系統(tǒng)化發(fā)展并逐步形成系統(tǒng)生物學(xué)(systembiology)。系統(tǒng)生物學(xué)是指在細(xì)胞、組織、器官和生物體整體水平研究結(jié)構(gòu)和功能各異的各種分子及其相互作用,并通過(guò)計(jì)算生物學(xué)定量描述和預(yù)測(cè)生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學(xué)將在基因組序列的基礎(chǔ)上完成由生命密碼到生命過(guò)程的研究,是一個(gè)逐步整合的過(guò)程,包括從生物體內(nèi)各分子的鑒定及其相互作用的研究到體內(nèi)生命信號(hào)途徑和網(wǎng)絡(luò)的研究,最終完成整個(gè)生命活動(dòng)的路線圖。系統(tǒng)生物學(xué)使生命科學(xué)由描述式的科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槎棵枋龊皖A(yù)測(cè)的科學(xué),其主要技術(shù)平臺(tái)包括基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和表型組學(xué)等,是各種資源的優(yōu)化整合。系統(tǒng)生物學(xué)的出現(xiàn)為創(chuàng)新藥物研究提供了新的機(jī)遇,使人們更加關(guān)注在疾病相關(guān)基因調(diào)控通路和網(wǎng)絡(luò)水平上研究藥物的作用機(jī)理、代謝途徑和潛在毒性,從而極大地提高了人們發(fā)現(xiàn)治療復(fù)雜疾病的藥物的能力。系統(tǒng)生物學(xué)通過(guò)闡明疾病發(fā)生與發(fā)展的病理生理機(jī)制及其信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控途徑,促進(jìn)疾病診斷的生物標(biāo)志物以及藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn),并幫助識(shí)別藥靶的“開關(guān)”效應(yīng)和候選化合物的生物學(xué)活性與毒副作用。系統(tǒng)生物學(xué)至今尚處萌芽階段,由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于藥物開發(fā)、臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。五、藥物的創(chuàng)新研發(fā)實(shí)質(zhì)是以首創(chuàng)藥物作為起點(diǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從分子設(shè)計(jì)的視角看,模擬創(chuàng)新與先導(dǎo)物優(yōu)化的策略原則是相似的,因此,先導(dǎo)物優(yōu)化所用的方法完全可以應(yīng)用到新藥模擬創(chuàng)新中。為使模擬創(chuàng)制的藥物獲得批準(zhǔn)并在市場(chǎng)上占有份額,它應(yīng)在某（些）性質(zhì)上優(yōu)勝于已有的藥物,所以難度是較大的。加之在競(jìng)爭(zhēng)中專利覆蓋的范圍日益擴(kuò)大,既要保持乃至超越原有的藥理作用,又要在結(jié)構(gòu)上有新穎性,這就需要深入分析既有藥物存在的不足或缺點(diǎn),有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和變換結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)模擬創(chuàng)新中的超越。創(chuàng)新藥物研究是關(guān)系國(guó)計(jì)民生,并具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益的科學(xué)課題。藥物發(fā)現(xiàn)是創(chuàng)新藥物研究的關(guān)鍵步驟之一,也是創(chuàng)新藥物研究過(guò)程中的“瓶頸”?，F(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展為藥物發(fā)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的理論和技術(shù)支持,使藥物發(fā)現(xiàn)獲得新的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前,世界各國(guó)競(jìng)相利用現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展成果,努力提高藥物發(fā)現(xiàn)的成功率并降低研發(fā)成本,從而提升創(chuàng)新藥物研究的核心競(jìng)爭(zhēng)力。隨著我國(guó)加入WTO和藥品專利法的實(shí)施以及國(guó)際醫(yī)藥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈化，加強(qiáng)我國(guó)藥物發(fā)現(xiàn)的發(fā)展,推進(jìn)藥物研究的源頭創(chuàng)新已迫在眉睫。只有掌握藥物發(fā)現(xiàn)的前沿理論和各種先進(jìn)技術(shù),結(jié)合國(guó)際藥物發(fā)現(xiàn)的研究進(jìn)展和我國(guó)的實(shí)際國(guó)情,及時(shí)調(diào)整藥物發(fā)現(xiàn)的思維方式和研究策略,才能提高我國(guó)藥物發(fā)現(xiàn)的能力,研制出更多擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新藥物。參考文獻(xiàn)SCHUMPETER.TheoryofEconomicDevelopment[M].Beijing:CommercialPress,1997.SCHOENECKERT,SWANSONLIndicatorsoffirmtechnologicalcapability:validit91yandperformanceimplications[J].IEEETransacionsonEngineeringManagement,2002,1:36.ROSENBERG,N.Thedirectionoftechnologicalchange:inducementmechanismsandfocussingdevices[J].Econ.Dev.Cult.Change,1969，18,6.NELSON,R.R.,WINTER,S.G..Insearchofausefultheoryofinnovation[J].Res.Policy,1977，6：36-76.ACHILLADELISB..Thedynamicsoftechnologicalinnovation:Thesectorofantibacterialmedicines[J].ResearchPolicy,1993,22(4):279-308.ACHILLADELISB，SCHWARZKOPF,A.,CINES,M.Thedynamicsoftechnologicalinnovation:Thecaseofthechemicalindustry[J].ResearchPolicy,1990,19(1),1-34.GREGORYN.STOCK，NOELP.GREIS，WILLIAMA.FISCHER.Firmsizeanddynamictechnologicalinnovation[J].Technovation,2002,22:537-549.PATRICIAM.DANZON.Productivityinpharmaceutical-biotechnologyR&D:theroleofexperienceandal