--蛋白质组与新药开发课件

1、-蛋白质组与新药开发 第十五章第十五章 蛋白质组与新药开发蛋白质组与新药开发 第一节第一节 简介简介 第二节第二节 药物分子靶标的高通量筛选体系药物分子靶标的高通量筛选体系 一、基因芯片一、基因芯片二、蛋白质芯片二、蛋白质芯片 第三节第三节 药物的高通量筛选体系药物的高通量筛选体系一、高通量筛选一、高通量筛选二、计算机虚拟筛选二、计算机虚拟筛选 第四节第四节 药物作用的监测评价体系药物作用的监测评价体系 一、临床前安全性评价一、临床前安全性评价 二、临床试验二、临床试验 三、生物三、生物(shngw)技术药物的开发技术药物的开发第一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 第十五章第十五章 蛋白质

2、组与新药开发蛋白质组与新药开发(kif) 第一节第一节 简介简介 目前世界上存在的目前世界上存在的已知疾病大约有已知疾病大约有4500种种，其中只，其中只有不到二分之一的疾病有相应的治疗手段，可以有不到二分之一的疾病有相应的治疗手段，可以有有药物对应的疾病甚至不到四分之一药物对应的疾病甚至不到四分之一 一个新药从开发到上市，历经十几年的时间，一个新药从开发到上市，历经十几年的时间，研究研究开发经费可达十几亿美元开发经费可达十几亿美元。 可是，一旦上市以后，它所带来的利润也是相当可观可是，一旦上市以后，它所带来的利润也是相当可观的。的。第二页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 可见新药的研究开发

3、具有广阔的前景，可见新药的研究开发具有广阔的前景，是一个周期长、高风险、高投入、高回是一个周期长、高风险、高投入、高回报的产业。报的产业。 当代创新药物研究竞争十分剧烈，其中当代创新药物研究竞争十分剧烈，其中竞争的焦点就在于筛选竞争的焦点就在于筛选(shixun)新药，新药，问题问题的核心是低成本、高效率地筛选出新药，的核心是低成本、高效率地筛选出新药，以达到缩短新药发现过程的目标。以达到缩短新药发现过程的目标。第三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在医药工业，发现一个新药后，在医药工业，发现一个新药后，临床前临床前药理、毒理学研究平均需要药理、毒理学研究平均需要3.53.5年年。 临床试

4、验平均需要临床试验平均需要6 6年年。 审批上市审批上市平均平均需要需要2.52.5年年。 三者相加平均三者相加平均1212年。年。 企图从这几个发展企图从这几个发展(fzhn)(fzhn)阶段上缩短周期，阶段上缩短周期，加快新药上市的速度是很困难的。加快新药上市的速度是很困难的。 这几个阶段的周期长短，不但受新药研这几个阶段的周期长短，不但受新药研究规律所制约，也受药品审批管理法规究规律所制约，也受药品审批管理法规要求的限制。要求的限制。第四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 针对上述难题，针对上述难题， 新药研制机构，新药研制机构， 特别是各国的制药企业公司纷纷加大人力、财力特别是各国的

5、制药企业公司纷纷加大人力、财力的投入力度，的投入力度， 将热情和注意力倾注在新药发现过程上，将热情和注意力倾注在新药发现过程上，大量使用现代新技术大量使用现代新技术(jsh)(jsh)，寻找切实可行的解决方案，寻找切实可行的解决方案，以期抢占制药行业的先机。以期抢占制药行业的先机。第五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 这就在很大程度上促进了相关科技的高速发展。这就在很大程度上促进了相关科技的高速发展。 基因组学基因组学 组合化学组合化学 高通量筛选高通量筛选( (highhighthroughput screeningthroughput screening，HTS)HTS) 三种技术的联

6、合应用使得新药研制的成本得到大幅三种技术的联合应用使得新药研制的成本得到大幅度下降。度下降。 加速了具有加速了具有特定靶标的新化合物的发现特定靶标的新化合物的发现。 人类人类(rnli)(rnli)基因组测序工作的完成基因组测序工作的完成，也将为药物的，也将为药物的寻找提供更多的可供筛选的靶标。寻找提供更多的可供筛选的靶标。第六页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在欧美一些国家，将在欧美一些国家，将HGPHGP的研究和新药开的研究和新药开发结合在一起，创立了发结合在一起，创立了一门新的学科一门新的学科(xuk)(xuk)， 叫， 叫 药 物 基 因 组 学药 物 基 因 组 学( (phar

7、macogenomics)pharmacogenomics)。 它以基因组学为基础，以研究开发新药它以基因组学为基础，以研究开发新药为目的。为目的。 在基因水平上对疾病敏感度、药物反应在基因水平上对疾病敏感度、药物反应和副作用进行分析和研究。和副作用进行分析和研究。 是药理学当中的一个新分支。是药理学当中的一个新分支。第七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 药物基因组学含义：药物基因组学含义： 药物效应的基因型预测药物效应的基因型预测和基因组学在医和基因组学在医药工业上的应用，药工业上的应用， 在分子水平在分子水平(shupng)(shupng)上证明和阐述上证明和阐述药物疗效，药物疗效，药

8、物作用的靶标、作用模式和毒副作用药物作用的靶标、作用模式和毒副作用。第八页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 核酸作为药物作用的靶标实际上存在着致命的缺核酸作为药物作用的靶标实际上存在着致命的缺陷：陷： (1)(1)首先首先由于核酸结构的同源性由于核酸结构的同源性 联系到许多人类正常的功能，作用于联系到许多人类正常的功能，作用于DNADNA的药物大多的药物大多选择性差选择性差，而且，而且毒性较大毒性较大，特别是形成共价结合的药，特别是形成共价结合的药物都有严重的物都有严重的细胞毒作用细胞毒作用。 (2)(2)其次其次(qc)(qc)大多数大多数疾病都是表征在蛋白质水平上，疾病都是表征在蛋白质水

9、平上，而不是在基因水平上而不是在基因水平上。细胞和组织中细胞和组织中mRNAmRNA的丰度与蛋白质的丰度相关性不显著的丰度与蛋白质的丰度相关性不显著( (仅为仅为0.5)0.5)；第九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 (3)(3)第三第三，将核酸结合的药物释放到相应将核酸结合的药物释放到相应的组织是一大难题。的组织是一大难题。 (4)(4)第四第四，很多疾病如癌症和心血管疾病很多疾病如癌症和心血管疾病往往是多基因共同作用的结果往往是多基因共同作用的结果。 因此很难找到因此很难找到关键基因关键基因作为作用的靶标作为作用的靶标 以上几点都是制约以上几点都是制约(zhyu)(zhyu)新药开发进

10、程的新药开发进程的瓶颈。瓶颈。第十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 为了阐明生命活动的本质，真正与功能为了阐明生命活动的本质，真正与功能研究结合，研究结合，基因组的研究必然要回归到基因组的研究必然要回归到蛋白质组研究。蛋白质组研究。 蛋白质的结构蛋白质的结构(jigu)、分布和功能：、分布和功能： 对于预测某些疾病的进程、药物作用及对于预测某些疾病的进程、药物作用及其过程。其过程。 对于阐明不同个体之间遗传学上的差异对于阐明不同个体之间遗传学上的差异是非常重要的。是非常重要的。第十一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 疾病的发生与发展、药物的作用大多是在蛋白质水平疾病的发生与发展、药物的

11、作用大多是在蛋白质水平上进行的上进行的。 蛋白质组学研究克服了蛋白质表达和基因之间的蛋白质组学研究克服了蛋白质表达和基因之间的非线性关系。非线性关系。 将蛋白质组应用于新药研究将蛋白质组应用于新药研究，可以通过，可以通过(tnggu)对疾病对疾病与正常细胞中的蛋白质组进行比较，发现可以成为与正常细胞中的蛋白质组进行比较，发现可以成为药物药物筛选的作用靶标的、与一些疾病相关的蛋白质筛选的作用靶标的、与一些疾病相关的蛋白质。 而新药及其靶标的发现和药物作用的模式研究是而新药及其靶标的发现和药物作用的模式研究是药物蛋白质组学的重要研究内容药物蛋白质组学的重要研究内容。第十二页，共六十七页。-蛋白质组

12、与新药开发 为了尽快发掘到具有可成为为了尽快发掘到具有可成为疾病标志物疾病标志物或药物作用或药物作用(zuyng)(zuyng)靶标的蛋白质，靶标的蛋白质， 蛋白质组学技术向蛋白质组学技术向高通量高通量( (大规模大规模) )和和自自动化方向发展。动化方向发展。 评价蛋白质组学技术发展的标准：评价蛋白质组学技术发展的标准： 高灵敏度高灵敏度 高准确度高准确度 高重现性高重现性第十三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 蛋白质组学可以提供一种蛋白质组学可以提供一种(y zhn)发现和鉴定在疾病作用下发现和鉴定在疾病作用下表达异常的蛋白质的方法。表达异常的蛋白质的方法。 这种蛋白质可以作为这种蛋白

13、质可以作为药物筛选的作用靶点药物筛选的作用靶点。 通过对疾病发生的不同阶段蛋白质的变化进行分析，通过对疾病发生的不同阶段蛋白质的变化进行分析，发现一些疾病不同时期的发现一些疾病不同时期的蛋白标志物蛋白标志物。 这样不仅对药物发现具有指导意义，还可形成未来这样不仅对药物发现具有指导意义，还可形成未来诊断学、治疗学的基础理论。诊断学、治疗学的基础理论。 癌症被称为当今人类的一大天敌，因而抗肿瘤药的癌症被称为当今人类的一大天敌，因而抗肿瘤药的开发也就成了科学家们研究的重点。开发也就成了科学家们研究的重点。第十四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发现今大多数现今大多数抗癌药都伴有严重的毒副作用抗癌药都

14、伴有严重的毒副作用，特别是对，特别是对晚期癌症病人进行单一化疗或联合放疗、过热疗法时，晚期癌症病人进行单一化疗或联合放疗、过热疗法时，经常伴随着经常伴随着癌细胞对细胞抑制剂耐药性的发生癌细胞对细胞抑制剂耐药性的发生。 如果能发现在如果能发现在耐药细胞系中表达异常的蛋白质耐药细胞系中表达异常的蛋白质或者与或者与细胞毒性密切相关的蛋白质，就可以此蛋白为靶点设细胞毒性密切相关的蛋白质，就可以此蛋白为靶点设计用于联合用药的新化学单位计用于联合用药的新化学单位(new chemical entities)。也可以此信息为参考也可以此信息为参考(cnko)，设计避免产生耐药性或设计避免产生耐药性或毒副作用

15、的药物。毒副作用的药物。第十五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 造成癌症病人死亡率极高的主要原因是造成癌症病人死亡率极高的主要原因是肿瘤的转移肿瘤的转移(zhuny) 现在国内一些实验室已开始利用蛋白质现在国内一些实验室已开始利用蛋白质组学技术，通过对组学技术，通过对高低转移细胞株蛋白高低转移细胞株蛋白质的比较，质的比较， 来寻找与肿瘤转移相关的蛋白质。来寻找与肿瘤转移相关的蛋白质。 同样也可以高转移株中同样也可以高转移株中特异表达的蛋白特异表达的蛋白质为靶点，开发抑制肿瘤转移的新药质为靶点，开发抑制肿瘤转移的新药。第十六页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在抗生素方面，由于传染病仍是死

16、亡的在抗生素方面，由于传染病仍是死亡的主要原因，因而主要原因，因而抗感染药是近年来各国抗感染药是近年来各国新药开发的热点之一。新药开发的热点之一。 面对抗生素耐药问题以及不断出现新的面对抗生素耐药问题以及不断出现新的微生物的感染性疾病，老的方法显得束微生物的感染性疾病，老的方法显得束手无策。手无策。 其根本原因就在于对药物的作用其根本原因就在于对药物的作用(zuyng)机制机制缺乏透彻的认识。缺乏透彻的认识。 。第十七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 蛋白质组学技术可以让人们清楚地了解：蛋白质组学技术可以让人们清楚地了解：细菌内哪些蛋白质会在抗生素的作用下细菌内哪些蛋白质会在抗生素的作用下

17、发生发生(fshng)改变，以及发生改变，以及发生(fshng)何种变化。何种变化。 根据这些变化，根据这些变化，并以蛋白质作为新药设并以蛋白质作为新药设计的靶点，筛选出新一类的抗生素。计的靶点，筛选出新一类的抗生素。 同时还可选取一些耐药菌株，考察其耐同时还可选取一些耐药菌株，考察其耐药机制药机制第十八页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 第二节第二节 药物分子靶标的高通量筛选体系药物分子靶标的高通量筛选体系 思考题：思考题： 1 什么叫基因芯片？什么叫基因芯片？ 2 生物芯片技术组成部分生物芯片技术组成部分(z chn b fn)有哪些？有哪些？ 3 什么叫蛋白质芯片？什么叫蛋白质芯片？第

18、十九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发第二节第二节 药物分子靶标的高通量筛选体系药物分子靶标的高通量筛选体系 在药物研发中，在药物研发中，疾病靶标有两个含义疾病靶标有两个含义：靶基因靶基因靶蛋白靶蛋白靶基因的概念：靶基因的概念： 通常，我们首先需要了解影响通常，我们首先需要了解影响(yngxing)某一疾病的基某一疾病的基因因(整个代谢途径上的基因整个代谢途径上的基因)，其中一个或一系列基，其中一个或一系列基因就称为靶基因。因就称为靶基因。 靶蛋白的概念：靶蛋白的概念： 靶基因确定之后，就有可能针对与此疾病相关的某靶基因确定之后，就有可能针对与此疾病相关的某一个基因产物一个基因产物蛋白质设计

19、药物，这种蛋白质就蛋白质设计药物，这种蛋白质就确定为靶蛋白。确定为靶蛋白。第二十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发目前，已有许多新技术新方法可加快目前，已有许多新技术新方法可加快(ji kui)这一阶段的研这一阶段的研究：究： 生物信息学生物信息学(bioinformatics) 体外或体内体外或体内表达技术表达技术(in vivo or in vitro express)超高通量超高通量(ultra high throughput)仪器仪器 微阵列技术微阵列技术(microarrays) 反义技术反义技术(anti-sense) 蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)技术等等技术等等

20、 这些技术是药物早期开发成功的关键。这些技术是药物早期开发成功的关键。第二十一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 由于许多疾病与信号传导途径异常有关，因而由于许多疾病与信号传导途径异常有关，因而信信号分子可以作为治疗药物设计的靶点。号分子可以作为治疗药物设计的靶点。在信号传递过程中涉及成百上千个蛋白质，在信号传递过程中涉及成百上千个蛋白质，蛋白质蛋白质-蛋蛋白质相互作用发生在细胞内信号传递的所有阶段。白质相互作用发生在细胞内信号传递的所有阶段。 这种复杂的蛋白质作用的这种复杂的蛋白质作用的串联效应可以完全不受基串联效应可以完全不受基因调节因调节(tioji)而自发地产生。而自发地产生。 通过

21、与正常细胞作比较，通过与正常细胞作比较，掌握与疾病细胞中某个信号掌握与疾病细胞中某个信号途径活性增加或丧失有关的蛋白质的改变途径活性增加或丧失有关的蛋白质的改变，将为药物设，将为药物设计提供更为合理的靶点。计提供更为合理的靶点。 第二十二页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 生物芯片生物芯片(biochip)技术技术是近几年才发展起是近几年才发展起来的一种高通量、微型化和自动化检测来的一种高通量、微型化和自动化检测技术，又技术，又称微阵列称微阵列(microarray)分析技术。分析技术。 它应用于生命科学的许多领域它应用于生命科学的许多领域(ln y)： 疾病相关基因的发现疾病相关基因的发现

22、 疾病分子诊断疾病分子诊断 预测及基因功能研究等预测及基因功能研究等(见图见图)。第二十三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发第二十四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在药物领域在药物领域: 对于对于药物靶标药物靶标的发现的发现 多靶位同步超高通量药物筛选多靶位同步超高通量药物筛选 药物作用的分子机理药物作用的分子机理 中医药基础理论现代化中医药基础理论现代化 药物活性及毒性评价等方面药物活性及毒性评价等方面 都有其他方法都有其他方法(fngf)无可比拟的优越性。无可比拟的优越性。第二十五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 生物芯片技术至少由生物芯片技术至少由5部分组成：部分组成： 具有

23、具有(jyu)特殊表面的芯片本身。特殊表面的芯片本身。 在芯片上点布或原位合成核酸在芯片上点布或原位合成核酸(或蛋白或蛋白质质)探针得到微阵列的设备探针得到微阵列的设备。 布阵的质量直接影响微阵列分析的结果布阵的质量直接影响微阵列分析的结果 目前目前喷泡喷泡(bubble jet)技术技术和和寡核苷酸的寡核苷酸的无屏蔽原位无屏蔽原位(maskless in situ)合成技术合成技术的的建立使微阵列分析技术得到很大提高。建立使微阵列分析技术得到很大提高。第二十六页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 用于与靶用于与靶DNA杂交的流体系统。杂交的流体系统。 读取芯片的扫描仪。读取芯片的扫描仪。定量

24、分析和解释结果的完善的软件程序。定量分析和解释结果的完善的软件程序。 另外还需要从生物材料中提取核酸以备分析的工具。另外还需要从生物材料中提取核酸以备分析的工具。 基因芯片基因芯片(genechip)及蛋白质芯片及蛋白质芯片(proteinchip)均属于均属于(shy)生物芯片生物芯片，都是近年来发展起来的新的生物技，都是近年来发展起来的新的生物技术。现在它们越来越多地应用到生物学、医学、术。现在它们越来越多地应用到生物学、医学、遗传学、药理学和毒理学等多个方面，并开始崭遗传学、药理学和毒理学等多个方面，并开始崭露头角。露头角。 第二十七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发第二十八页，共六十

25、七页。-蛋白质组与新药开发 一、基因芯片及其应用一、基因芯片及其应用 基因芯片概念：基因芯片概念： 基因芯片又称基因芯片又称DNA或或cDNA微阵列微阵列(DNA or cDNA microarray)，是指在面积是指在面积(min j)很很小的载体上，小的载体上，点布数以万计不同的寡核点布数以万计不同的寡核苷酸或苷酸或cDNA， 将芯片与将芯片与标记有荧光染料的待测标记有荧光染料的待测DNA或或mRNA杂交，杂交，第二十九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 与靶序列与靶序列(xli)配合好的探针会产生强烈的配合好的探针会产生强烈的杂交信号杂交信号 如果有碱基的错配，信号就会减弱。如果有碱基

26、的错配，信号就会减弱。 籍此能判断靶籍此能判断靶DNA或或mRNA中与芯片相中与芯片相应基因的突变或表达等情况。应基因的突变或表达等情况。第三十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 它的特点是：它的特点是： 一次性检测样本量大一次性检测样本量大 成本相对低成本相对低 计算机自动分析结果计算机自动分析结果(ji gu)以及快速、准确以及快速、准确等。等。 因此因此适于靶适于靶DNA或或mRNA的高通量筛选的高通量筛选。第三十一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在肿瘤研究和诊治方面，在肿瘤研究和诊治方面，Wang等将等将5766种种cDNA点布点布在一张基因芯片上在一张基因芯片上，用它检测正常

27、卵巢组织和，用它检测正常卵巢组织和卵巢卵巢肿瘤之间各基因表达的差异。肿瘤之间各基因表达的差异。 鉴定鉴定(jindng)了在卵巢癌变过程中起着重要作用的几种了在卵巢癌变过程中起着重要作用的几种基因，这也为肿瘤的诊断和治疗带来了新的方法和基因，这也为肿瘤的诊断和治疗带来了新的方法和途径。途径。另外还有多种癌症组织被人们用这种方法所研究，这些另外还有多种癌症组织被人们用这种方法所研究，这些肿瘤基因表达谱的研究对于肿瘤的分类和提供癌症的新肿瘤基因表达谱的研究对于肿瘤的分类和提供癌症的新型基因靶标提供了可能。型基因靶标提供了可能。第三十二页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 近年来，随着分子生物学的不

28、断发展，近年来，随着分子生物学的不断发展，越来越多的越来越多的单基因遗传病的基因被克隆单基因遗传病的基因被克隆出来出来。 利用基因芯片检测容量大的特点，可根利用基因芯片检测容量大的特点，可根据据(gnj)某个某个遗传病的特定基因，设计一组遗传病的特定基因，设计一组包含能检测该基因各外显子上所有可能包含能检测该基因各外显子上所有可能出现突变的出现突变的DNA序列位点的寡核苷酸探序列位点的寡核苷酸探针，制成一张芯片针，制成一张芯片。第三十三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 利用杂交时会出现碱基错配杂交信号减弱的特性，经利用杂交时会出现碱基错配杂交信号减弱的特性，经计算机分析扫描信号，将该基因上

29、的杂合性突变检测计算机分析扫描信号，将该基因上的杂合性突变检测出来，出来， 并分析出该突变位点并分析出该突变位点在突变后有无在突变后有无mRNA表达、表表达、表达后翻译的蛋白质功能变化的可能达后翻译的蛋白质功能变化的可能(knng)情况情况。 使得一次检测就可以完成对一系列疾病的基因诊使得一次检测就可以完成对一系列疾病的基因诊断。断。第三十四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 单张芯片上容纳单张芯片上容纳(rngn)的寡核苷酸探针越多的寡核苷酸探针越多 一次检测能够诊断的基因遗传病种类也一次检测能够诊断的基因遗传病种类也越多。越多。 随着基因芯片产量的增加，价格也会逐随着基因芯片产量的增加，

30、价格也会逐步下降，使得对基因遗传病的诊断和产步下降，使得对基因遗传病的诊断和产前诊断在实际中的应用成为现实前诊断在实际中的应用成为现实。第三十五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 二、蛋白质芯片二、蛋白质芯片 蛋白质芯片又称蛋白质微阵列蛋白质芯片又称蛋白质微阵列(protein microarray)蛋白质芯片蛋白质芯片是继基因芯片之后，作为基因芯片功能的是继基因芯片之后，作为基因芯片功能的补充补充(bchng)发展起来的。发展起来的。 DNA基因芯片为描绘不同组织的基因芯片为描绘不同组织的mRNA表达谱提供了可表达谱提供了可能，并且得到了广泛的应用。能，并且得到了广泛的应用。 一个基因一个

31、基因在转录时也许以在转录时也许以多种多种mRNA形式剪接形式剪接第三十六页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 而而同一种蛋白质同一种蛋白质可能会以多种形式进行翻译后修饰，可能会以多种形式进行翻译后修饰，蛋白质组中蛋白质的数量可能超过基因组的数量。蛋白质组中蛋白质的数量可能超过基因组的数量。 所以更能所以更能反映生物体机能的是蛋白质表达谱，而反映生物体机能的是蛋白质表达谱，而不是不是mRNA表达谱表达谱。 蛋白质芯片的发展使得在同一时相分析蛋白质芯片的发展使得在同一时相分析(fnx)整个蛋整个蛋白质组成为可能。白质组成为可能。 第三十七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 蛋白质芯片的两种常用的

32、分离手段蛋白质芯片的两种常用的分离手段： （1）保留色谱）保留色谱(s p) （2）预活化芯片表面）预活化芯片表面 用于蛋白质芯片表面的色谱主要有：用于蛋白质芯片表面的色谱主要有： 反相色谱反相色谱 离子色谱离子色谱(阴离子和阳离子阴离子和阳离子)交换色谱交换色谱 金属亲和色谱等金属亲和色谱等第三十八页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 预活化表面预活化表面主要是基于蛋白质之间的专主要是基于蛋白质之间的专一性作用。一性作用。 如：抗原一抗体结合和受体一配基等。如：抗原一抗体结合和受体一配基等。 通过分离，可以将从细胞或体液中分离通过分离，可以将从细胞或体液中分离出的具有出的具有某些共同特性的蛋

33、白质富集至某些共同特性的蛋白质富集至蛋白质芯片蛋白质芯片(xn pin)上用于进一步的分析上用于进一步的分析。第三十九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 蛋白质芯片的概念：蛋白质芯片的概念： 与基因芯片相似，蛋白质芯片就是在载与基因芯片相似，蛋白质芯片就是在载体上体上点布高密度不同种类的蛋白质点布高密度不同种类的蛋白质， 然后再用然后再用标记了荧光染料的已知抗体或标记了荧光染料的已知抗体或配体配体等与待测样本中的抗体或配体一起等与待测样本中的抗体或配体一起同芯片上的蛋白质竞争结合同芯片上的蛋白质竞争结合， 在扫描仪上读出荧光强弱，在扫描仪上读出荧光强弱， 利用计算机分析计算出待测样本结果。利

34、用计算机分析计算出待测样本结果。 在此基础上进一步发展到对各种蛋白质、在此基础上进一步发展到对各种蛋白质、抗体以及配体的检测抗体以及配体的检测，弥补弥补(mb)了基因芯了基因芯片检测的空缺。片检测的空缺。 第四十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 从而在从而在SELDI-TOF-MS中获得比普通中获得比普通MALDI-TOF-MS信号更强信号更强(灵敏度更高灵敏度更高)、更均一、重复性更好的谱图，进行蛋白更均一、重复性更好的谱图，进行蛋白质的相对分子质量和相对定量分析。质的相对分子质量和相对定量分析。 与与DNA芯片一样，芯片一样，蛋白质芯片蛋白质芯片同样蕴涵同样蕴涵着丰富的信息量，着丰富的

35、信息量，必须利用专门的计算必须利用专门的计算机软件包机软件包进行图像进行图像(t xin)分析、结果定量和分析、结果定量和解释，才能应用于疾病靶标蛋白质的发解释，才能应用于疾病靶标蛋白质的发现与筛选研究。现与筛选研究。第四十一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 目前我国在生物芯片研发及生产技术、应用等方面已目前我国在生物芯片研发及生产技术、应用等方面已经取得了很大的成功。经取得了很大的成功。世界世界首例用于肿瘤早期检测的多肿瘤标志物蛋白芯片首例用于肿瘤早期检测的多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统检测系统(xtng)， 日前已在日前已在上海数康生物科技有限公司上海数康生物科技有限公司开发研制问世，开

36、发研制问世，经多家医院临床试验和备方专家论证鉴定，经多家医院临床试验和备方专家论证鉴定， 国家药品监督管理局已正式为其颁发了国家药品监督管理局已正式为其颁发了生物制品一类生物制品一类新药证书及试生产批文。新药证书及试生产批文。第四十二页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 这一系统是基于这一系统是基于(jy)生物芯片技术和免疫生物芯片技术和免疫学技术学技术 通过检测通过检测12种肿瘤标志物种肿瘤标志物 可以达到对可以达到对10种常见肿瘤种常见肿瘤: 原发性肝癌、肺癌、前列腺癌、胰腺癌、原发性肝癌、肺癌、前列腺癌、胰腺癌、胃癌、食道癌、卵巢癌、子宫内膜癌、胃癌、食道癌、卵巢癌、子宫内膜癌、结直肠癌

37、、乳腺癌结直肠癌、乳腺癌 进行同时检测的目的进行同时检测的目的，可广泛地应用于，可广泛地应用于临床辅助诊断、体检普查等领域。临床辅助诊断、体检普查等领域。第四十三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 第三节第三节 药物的高通量筛选药物的高通量筛选(shixun)体系体系 一、高通量筛选一、高通量筛选 二、计算机虚拟筛选二、计算机虚拟筛选第四十四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 第三节第三节 药物的高通量筛选体系药物的高通量筛选体系(tx) 综合运用蛋白质组技术等筛选得到综合运用蛋白质组技术等筛选得到疾病疾病靶标蛋白质靶标蛋白质以后，可以合理设计针对疾以后，可以合理设计针对疾病靶标特点的病靶

38、标特点的先导化合物及其活性类似先导化合物及其活性类似物物。 要想得到临床药物，还需要对其进行大要想得到临床药物，还需要对其进行大规模活性筛选。规模活性筛选。第四十五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在人类基因组计划在人类基因组计划(jhu)进行的近几年中，进行的近几年中，药物筛选有了很大发展，药物筛选有了很大发展，现代药物筛选现代药物筛选包括以下几个层次：包括以下几个层次： 计算机模拟药物筛选和计算机辅助设计算机模拟药物筛选和计算机辅助设计。计。 运用计算机技术，运用计算机技术，以药物靶标分子三维以药物靶标分子三维结构和蛋白质晶体结构为基础结构和蛋白质晶体结构为基础，对含有，对含有大量化合

39、物结构的数据库进行模拟大量化合物结构的数据库进行模拟“筛筛选选，迅速高效地发现先导化合物及其新，迅速高效地发现先导化合物及其新用途。用途。第四十六页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 分子水平的药物筛选模型。分子水平的药物筛选模型。 利用生命活动利用生命活动(hu dng)中发挥重要作用的中发挥重要作用的基基因位点、受体、酶、离子通道、核酸因位点、受体、酶、离子通道、核酸等等生物大分子生物大分子作为药物筛选的作用靶点作为药物筛选的作用靶点进进行分子水平筛选，其中，行分子水平筛选，其中，基因芯片和蛋基因芯片和蛋白质芯片将被广泛应用白质芯片将被广泛应用。第四十七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发

40、 细胞水平的药物筛选细胞水平的药物筛选(shixun)模型。模型。 利用利用离体培养细胞株、转基因细胞株离体培养细胞株、转基因细胞株进进行药物作用的筛选或鉴定。行药物作用的筛选或鉴定。 动物个体水平的药物筛选模型。动物个体水平的药物筛选模型。 动物试验作为药物在人体临床前的鉴定动物试验作为药物在人体临床前的鉴定模型，模型，转基因和基因剔除动物模型的平转基因和基因剔除动物模型的平台建立台建立，为药物筛选和基因治疗提供了，为药物筛选和基因治疗提供了实验模型。实验模型。 人体临床筛选模型。人体临床筛选模型。 作为药物上市前的最后筛选。作为药物上市前的最后筛选。第四十八页，共六十七页。-蛋白质组与新药

41、开发 采用分子水平的筛选模型采用分子水平的筛选模型已被普遍用于已被普遍用于模拟药物筛选的第一步初筛，模拟药物筛选的第一步初筛，其优点其优点: 特异性强、灵敏度高、微量快速。特异性强、灵敏度高、微量快速。 蛋白质组学技术应用于筛选模型构建中蛋白质组学技术应用于筛选模型构建中的一个最大的优势的一个最大的优势: 更清楚更清楚(qng chu)、更详尽地阐明分子药理机、更详尽地阐明分子药理机制，提供更为有效、合理的药理模型。制，提供更为有效、合理的药理模型。第四十九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发现在蛋白质组学的研究结果表明现在蛋白质组学的研究结果表明: 蛋白质基因表达的调控成了真正的药物作用蛋白

42、质基因表达的调控成了真正的药物作用(zuyng)机机制。制。 在药物发现阶段在药物发现阶段，大量，大量合成的有机化合物合成的有机化合物和分离得到和分离得到的的天然产物有效成分天然产物有效成分， 在有效的药理模型上利用自动化的筛选技术对其在有效的药理模型上利用自动化的筛选技术对其进行随机筛选，进行随机筛选， 发现具有进一步开发价值的化合物，称发现具有进一步开发价值的化合物，称为先导化合为先导化合物物(1ead compound)。 药物发现阶段对创新药物的研究具有决定性的意药物发现阶段对创新药物的研究具有决定性的意义，筛选效率的提高将大大缩短新药发现的周期。义，筛选效率的提高将大大缩短新药发现的

43、周期。蛋白质组学技术除能够促进靶点的发现外，还有蛋白质组学技术除能够促进靶点的发现外，还有助于筛选模型的建立。助于筛选模型的建立。第五十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 在新药研究中形成了药物发现过程的新方法，出现了在新药研究中形成了药物发现过程的新方法，出现了高通量筛选高通量筛选(high throughput screening,HTS)体体系系: : 高通量筛选：高通量筛选：有机地将组合化学、基因组研究、生物信息有机地将组合化学、基因组研究、生物信息(xnx)(xnx)和自和自动化仪器、机器人等先进技术进行组合，形成一种发现动化仪器、机器人等先进技术进行组合，形成一种发现新药的新程序

44、。新药的新程序。高通量筛选高通量筛选是药物产业化过程中的一个关键环节，是药物产业化过程中的一个关键环节，它是测试标靶相对于批量化合物的结合能力或生它是测试标靶相对于批量化合物的结合能力或生物学活性。物学活性。第五十一页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 被测试化合物可能作为被测试化合物可能作为(zuwi)(zuwi): : 标靶的抑制物标靶的抑制物 天然受体结合位点的竞争物天然受体结合位点的竞争物 细胞内受体介导过程的激活物或拮抗物细胞内受体介导过程的激活物或拮抗物等。等。 制药公司一般一次要筛选制药公司一般一次要筛选100 000100 000300 300 000000个以上的化合物，从中

45、确定个以上的化合物，从中确定100100300300个候选物个候选物. . 最后，最后，1-21-2个个化合物可能成为化合物可能成为先导化合物。先导化合物。第五十二页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发在在HTS(高通量筛选高通量筛选)发展之前的发展之前的90年代初年代初期，采用传期，采用传统的方法统的方法: 一个实验室借助一个实验室借助20余种药物作用靶位余种药物作用靶位，一年内可以筛，一年内可以筛选选75 000个样品个样品；到了到了1997年年HTS发展的初期发展的初期，采用，采用100余种靶位余种靶位，每，每年可筛选年可筛选1 000 000个样品个样品； 到到1999年年，由于，由于H

46、TS的进一步完善，每天的筛选量就的进一步完善，每天的筛选量就高达高达(o d)100 000种化合物种化合物。 因此称为超高通量筛选因此称为超高通量筛选(ultrahighthroughput screening) 这种新的飞跃，将大大加速新药发现的速度。这种新的飞跃，将大大加速新药发现的速度。 第五十三页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 HTS系统应用和推广的关键在于必须具备相应系统应用和推广的关键在于必须具备相应(xingyng)的新药筛选模型。的新药筛选模型。 近年来以基因表达产物为模型建立的新药筛选模型近年来以基因表达产物为模型建立的新药筛选模型为为HTS的应用提供了有利条件。的应用

47、提供了有利条件。 如根据人类重要如根据人类重要疾病的种类疾病的种类， 以每种疾病可能涉及的以每种疾病可能涉及的基因基因及每种及每种基因产物基因产物在致病过程中可能与之相关的在致病过程中可能与之相关的蛋白蛋白相相互作用数目计算，互作用数目计算， 预计基因组研究的结果可提供预计基因组研究的结果可提供500010 000种分子种分子药靶药靶，靶位数目将超过以往的，靶位数目将超过以往的20余倍。余倍。 第五十四页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 二、计算机虚拟筛选二、计算机虚拟筛选 计算机虚拟筛选计算机虚拟筛选(in silico screening / virtual screening)：主要用

48、于限定：主要用于限定(减少减少)提交生物学筛选的化合物数量和结构特提交生物学筛选的化合物数量和结构特征。征。 它是综合它是综合(zngh)计算机辅助药物分子设计等计算机辅助药物分子设计等多学科的一种筛选优筛多学科的一种筛选优筛(focused screening)策略。策略。 （1）它覆盖了计算机辅助药物分子设计）它覆盖了计算机辅助药物分子设计的大部分研究领域，从的大部分研究领域，从组合化学库的合组合化学库的合理设计理设计到到三维结构化学关系数据库三维结构化学关系数据库的自的自动产生；动产生；第五十五页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 （2）从库中分子结构相似性分类到化合）从库中分子结构相似

49、性分类到化合物是否物是否具备药物具备药物(yow)类似性的快速预测类似性的快速预测； （3）从对系列化合物三维定量构效关系）从对系列化合物三维定量构效关系研究与药效团的构建，到研究与药效团的构建，到药物分子与受药物分子与受体相互作用的精确计算机模拟体相互作用的精确计算机模拟。 其目的其目的是在大量化合物样品库中挑选出是在大量化合物样品库中挑选出能代表分子多样性和药物类似性的分子，能代表分子多样性和药物类似性的分子，作为作为候选先导化合物进行生物学筛选候选先导化合物进行生物学筛选，从而大大减少药物开发的消耗和缩短药从而大大减少药物开发的消耗和缩短药物开发的周期。物开发的周期。第五十六页，共六十七

50、页。-蛋白质组与新药开发 第四节第四节 药物作用的监测评价体系药物作用的监测评价体系 经过大规模筛选后的先导经过大规模筛选后的先导(xindo)化合物化合物进入进入药物开发阶段。药物开发阶段。 这一阶段包括：这一阶段包括： 药效学研究药效学研究 药代动力学研究药代动力学研究 安全性评价和临床试验等步骤。安全性评价和临床试验等步骤。第五十七页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 这一过程最大的特点：这一过程最大的特点： 耗时又耗资，且常常是幸存者寥寥无几。耗时又耗资，且常常是幸存者寥寥无几。 尤其是在临床试验中被淘汰尤其是在临床试验中被淘汰(toti)出局的为多数。出局的为多数。 分析其原因分析其

51、原因: 缺乏对药物的毒理机制深入了解缺乏对药物的毒理机制深入了解 缺乏有效的临床前安全性评价指标。缺乏有效的临床前安全性评价指标。蛋白质组学的出现及时有效地弥补了这块空白。蛋白质组学的出现及时有效地弥补了这块空白。第五十八页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 一、临床前安全性评价一、临床前安全性评价 人们越来越认识到蛋白质组学在药物毒理机制研究中人们越来越认识到蛋白质组学在药物毒理机制研究中的重要性。的重要性。 蛋白质组数据库能根据蛋白质组数据库能根据蛋白质点的强度蛋白质点的强度反映一种疾病反映一种疾病的过程的过程(guchng)变化或对一组药物反应的变化变化或对一组药物反应的变化。 蛋白质蛋

52、白质可以用作可以用作药物反应或疾病的替代标志药物反应或疾病的替代标志。环孢素环孢素A造成严重的肾毒性造成严重的肾毒性原因的探明是蛋白质组学原因的探明是蛋白质组学在药物毒理机制研究中成功应用的一个很好的例子。在药物毒理机制研究中成功应用的一个很好的例子。第五十九页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 环孢素环孢素A是一种应用广泛的是一种应用广泛的免疫抑制剂免疫抑制剂 被成功地用于器官移植手术中和自身免疫疾病的治疗被成功地用于器官移植手术中和自身免疫疾病的治疗中中 但应用中也伴随着但应用中也伴随着许多副作用许多副作用，其中最值得注意的是，其中最值得注意的是肾毒性肾毒性。 用环孢素用环孢素A处治后最明

53、显的结果是处治后最明显的结果是: 部分蛋白点消失部分蛋白点消失，这些蛋白点后来从大鼠肾脏蛋白，这些蛋白点后来从大鼠肾脏蛋白质模式中被鉴定质模式中被鉴定(jindng)为为calbindin-D的的28 kDa蛋白。蛋白。 使用使用酶联免疫吸收剂分析酶联免疫吸收剂分析的进一步研究证实，大鼠肾的进一步研究证实，大鼠肾脏中脏中calbindin-D的的28 kDa蛋白量持续减少。蛋白量持续减少。第六十页，共六十七页。-蛋白质组与新药开发 这种减少伴随着尿钙排泄物和皮层脊髓这种减少伴随着尿钙排泄物和皮层脊髓管内石灰化的增加管内石灰化的增加(zngji)。 如果如果calbindin-D 28 kDa蛋白扮演钙运输蛋白扮演钙运输的促进器和钙缓冲器的促进器和钙缓冲器的角色，观察到的的角色，观察到的效应就能得到解释。效应就能得到解释。 环孢素环孢素A毒性标志物的鉴定毒性标