第四章 先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn).ppt

1、MedicinalChemistry而具有酶的變構(gòu)控制作用的天然化合物可作為設(shè)計(jì)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的先導(dǎo)化合物,自然來(lái)源的利與弊,利：自然界通過(guò)進(jìn)化選擇了具有藥理活性的化學(xué)物質(zhì)，因此尋找能夠產(chǎn)生先導(dǎo)化合物的自然提取物比尋找隨意合成的化合物更具有可能性；,自然來(lái)源的利與弊,弊：提取、分離、純化、鑒定過(guò)程很長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜很難被合成，必須依靠自然來(lái)源供給；合成很難也意味著開(kāi)發(fā)先導(dǎo)化合物時(shí)，人們會(huì)局限于制備大量容易合成類似物中。,先導(dǎo)化合物的合成來(lái)源,合成：合成的化合物可以被證實(shí)是有用的先導(dǎo)化合物，無(wú)論它們是否以合成藥物為目的?；衔飻?shù)據(jù)庫(kù)：制藥公司歷年合成出的新化合物儲(chǔ)備起來(lái)，可供用于對(duì)新靶點(diǎn)測(cè)試的先導(dǎo)化

2、合物。組合合成：組合合成是指用固相合成技術(shù)進(jìn)行化合物的自動(dòng)和半自動(dòng)合成。,合成,許多結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)在與藥物化學(xué)無(wú)關(guān)的研究課題中被合成出來(lái)，但它們?nèi)匀皇菨撛诘南葘?dǎo)化合物。如：百浪多息(鹽酸二氨基偶氮苯)是作為一種偶氮染料被生產(chǎn)的，但它卻是開(kāi)發(fā)磺胺類藥物的先導(dǎo)化合物(氨基-4-苯基磺胺).,化合物數(shù)據(jù)庫(kù),作為繪制人類和其他生物DNA基因組項(xiàng)目的結(jié)果，制藥公司會(huì)不斷提出潛在的新靶點(diǎn)。化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的好處是：它們是一種能夠快速測(cè)試新靶點(diǎn)的可利用結(jié)構(gòu)的來(lái)源；化合物數(shù)據(jù)庫(kù)的弊端是：制藥公司的化合物缺乏結(jié)構(gòu)的多樣性，多是一種先導(dǎo)化合物的衍生物。,藥效團(tuán)和亞結(jié)構(gòu)研究,制藥公司面對(duì)兩種情況：一是新靶點(diǎn)，二是已經(jīng)有幾

3、種藥物的已確定靶點(diǎn)，后者更常見(jiàn)。如果發(fā)現(xiàn)了一種新型的結(jié)構(gòu)，它將會(huì)使制藥公司避免已存在專利限制。藥效團(tuán)是指這些基團(tuán)的三維位置，并能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)查找數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)已知化合物看它們是否含有相同的藥效團(tuán)。如果結(jié)構(gòu)不同，且測(cè)試有活性，就可能成為新型先導(dǎo)化合物。,必須強(qiáng)調(diào)的是：這種搜索方法是否會(huì)成功不能保證。可能發(fā)現(xiàn)化合物具有恰當(dāng)?shù)乃幮Щ鶊F(tuán)，但卻與靶點(diǎn)結(jié)合無(wú)力。原因：分子骨架本身可能抑制了化合物適合靶點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)。,構(gòu)效關(guān)系研究,為研究藥物構(gòu)效關(guān)系（SAR）和尋找得到活性和低不良反應(yīng)的化合物，需要制備先導(dǎo)化合物的合成類似物。其構(gòu)效關(guān)系研究為進(jìn)一步分子修飾和藥物開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。,組合合成,常規(guī)合成方法，化合物是一個(gè)

4、一個(gè)被合成的，通過(guò)合成盡可能多的化合物增加發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物的概率，工作量非常大；組合合成由于是以小規(guī)模的自動(dòng)化合成，因此一個(gè)化學(xué)家在一個(gè)月內(nèi)研究出比一個(gè)研究組在一年內(nèi)更多的化合物。組合化學(xué),組合化學(xué),組合化學(xué)1993年首次出現(xiàn)在科學(xué)論文中。組合化學(xué)將傳統(tǒng)的溶液有機(jī)合成、固相有機(jī)合成、生物化學(xué)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)融和在一起，發(fā)展成了一種嶄新的學(xué)科與技術(shù)。該技術(shù)可以將難以想像數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的數(shù)目的化合物用樣品庫(kù)的形式合成出來(lái)并加以篩選，在短時(shí)間里檢測(cè)出具有高活性的化合物。,組合化學(xué)出現(xiàn)的背景,新藥的研發(fā)多樣性樣品庫(kù)高特異高靈敏篩選方法,新藥的研發(fā),傳統(tǒng)的新藥開(kāi)發(fā)需要大量化合物，從中篩選出具有某種活性的先

5、導(dǎo)化合物。先導(dǎo)化合物的來(lái)源（天然和合成）一般，在把一種新藥推向市場(chǎng)之前，需要實(shí)驗(yàn)25000種化合物。一個(gè)優(yōu)選的化學(xué)家一年能合成50100個(gè)新化合物，每個(gè)化合物需耗資1000美元。,新藥的開(kāi)發(fā)成本動(dòng)輒10億美元。盡管許多制藥公司和知名的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室保存大量有機(jī)化合物，新的化合物也不斷出現(xiàn)，但可供篩選的化合物數(shù)目仍是有限的。因此，迫切需要一種方法能快速“繁殖”化合物，而不是逐個(gè)的去合成和分析它們；此外，還需要提高篩選效率和成功率。,多樣性樣品庫(kù),在高分子樹(shù)脂微球上進(jìn)行的固相合成法為組合化學(xué)打下了基礎(chǔ)。,高特異高靈敏篩選方法,現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)步使得被測(cè)物需要的量大大減少；抗體的特異性也大大降低對(duì)化

6、合物純度的要求。,化學(xué)家的興趣普遍在于將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物合成出來(lái)，精力集中在嚴(yán)格控制在反應(yīng)路線、立體化學(xué)和區(qū)域選擇性上；組合化學(xué)的哲學(xué)是：與其花費(fèi)人力物力去制備不具活性的高純度化合物，還不如去獲得候選結(jié)構(gòu)上的多樣性。,組合化學(xué)研發(fā)新藥,在組合化學(xué)中，化學(xué)家采用精心選擇或設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)單元，制備大量的相關(guān)化合物；用高靈敏度的生化方法進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選，選出活性最高的化合物；然后再合成一定量的這個(gè)化合物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和常規(guī)藥理實(shí)驗(yàn)；因此不必逐個(gè)地合成和鑒定化合物，達(dá)到高效率的目標(biāo)。,研究階段,一、分子多樣性樣品庫(kù)的合成二、群集篩選三、樣品庫(kù)解碼,一、分子多樣性樣品庫(kù)的合成,包括設(shè)計(jì)模板分子、優(yōu)化合成方法和

7、條件選定結(jié)構(gòu)單元、確定樣品庫(kù)的容量、化合物的切落和再生、質(zhì)量監(jiān)控過(guò)程自動(dòng)化等；,二、群集篩選,確定固相或液相篩選方法，即合成產(chǎn)物是掛在樹(shù)脂上還是切落于溶液中進(jìn)行篩選，選擇篩選模型，例如細(xì)胞功能性篩選，受體、抗體基因表達(dá)蛋白篩選；采用的指示方法，如染料染色、熒光標(biāo)記、同位素標(biāo)記以及自動(dòng)化篩選等；,三、樣品庫(kù)解碼,具體化合物的定位技術(shù)，即將具有活性的化合物確定出來(lái)。,組合化學(xué)的操作方法,平行合成方法parallelsynthesis分開(kāi)混和方法spilt-mixsynthesis生物合成方法,平行合成方法,分開(kāi)混和法,計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)在藥物設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要作用：結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)比較、先導(dǎo)化

8、合物設(shè)計(jì)、確定化合物的活性構(gòu)象和藥效團(tuán)、組合化學(xué)庫(kù)的設(shè)計(jì)、確定蛋白質(zhì)及其鍵合部位的結(jié)構(gòu)、研究契合物的鍵合情況、進(jìn)行定量構(gòu)效關(guān)系研究和三維定量構(gòu)效關(guān)系研究等。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的分離純化：通常蛋白質(zhì)的濃度是很低的，基因工程使得細(xì)胞產(chǎn)生大量的蛋白質(zhì)，后續(xù)提純變得比過(guò)去十分容易。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定：蛋白質(zhì)測(cè)序儀測(cè)一級(jí)結(jié)構(gòu)，X-射線結(jié)晶法測(cè)二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。并不是所有的蛋白質(zhì)都能結(jié)晶，這時(shí)采用其同源蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子模建。如人類的G-蛋白偶聯(lián)受體是由細(xì)菌的G-蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)為模板建立的。,鍵合部位的研究,通常情況下，通過(guò)X-晶體衍射測(cè)得酶和受體的結(jié)構(gòu)并不能給出它們與藥物的鍵合部位信息；通常采取的措施

9、是選擇一個(gè)合適契合物與蛋白鍵合（通常選擇拮抗劑和抑制劑，因?yàn)殒I合力較強(qiáng)），然后將復(fù)合物結(jié)晶出來(lái)，X-晶體衍射測(cè)試復(fù)合物的結(jié)構(gòu)及其鍵合部位。,接下來(lái)輸入計(jì)算機(jī)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息，用分子模擬軟件研究契合物與蛋白質(zhì)的鍵合方式（藥效團(tuán)研究）：只顯示蛋白質(zhì)的鍵合部位和契合物分子結(jié)構(gòu)，測(cè)定契合物原子同與之最近的鍵合部位的原子距離和化學(xué)知識(shí)來(lái)判斷有無(wú)鍵合反應(yīng)；進(jìn)一步研究有無(wú)未被契合的空穴存在，若有則通過(guò)研究其殘基和肽鍵結(jié)構(gòu)來(lái)決定如何反過(guò)來(lái)指導(dǎo)修飾契合物的結(jié)構(gòu)（如有疏水腔則通過(guò)增加契合物的烷基取代基來(lái)增加新的契合）。,再下面，移開(kāi)契合物，將可能的藥物分子與蛋白質(zhì)的契合部位進(jìn)行“對(duì)接”，觀察是否有有效的鍵合反應(yīng)發(fā)生；由于許多重要原子的相對(duì)位置的確定不是一件容易的事情（如契合部位形狀的改變，單鍵的旋轉(zhuǎn)），對(duì)接過(guò)程十分復(fù)雜。,denovo藥物設(shè)計(jì),denovo藥物設(shè)計(jì)：完全依靠契合物和靶分子之間鍵合部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的新藥設(shè)計(jì)。契合較好但無(wú)活性的失敗原因：1晶體學(xué)誤差；2分子的柔性,設(shè)計(jì)實(shí)例,抗流感病毒藥物的設(shè)計(jì)基于唾液酸