药物发现与药物筛选

关于药物发现与药物筛选2一、药物研究的基本过程药物发现起始阶段，寻找探索临床前研究制剂、药效、毒理

程序化研究临床研究临床资料临床应用应用资料积累第2页,共46页，2024年2月25日，星期天新药研发技术路线药物靶点研究活性化合物候选药物化学结构优化临床前研究I期临床研究IV临床上市新药发现新药临床研究新药上市中药成分配伍研究天然产物研究筛选模型研究药物活性筛选新药设计药物制剂研究药物代谢研究药物疗效研究药物制备研究质量标准研究药物安全评价II期临床研究III期临床研究中药新药研究

具有优势的领域；

与国外同步发展的领域第3页,共46页，2024年2月25日，星期天4二、药物发现的基本规律方式途径举例偶然发现

生产、生活奎宁、强心甙、……医疗实践丙戊酸钠、醋氨酚、……研究过程青霉素、……主动寻找（药物筛选）理论指导扎那米韦、中药……定向研究半合成抗生素……药物筛选全新药物……

第4页,共46页，2024年2月25日，星期天5三、药物发现的基本特点方式特点优缺点偶然发现

有效不可控过程直接无规律可循机遇偶然事件主动寻找（药物筛选）发挥人类优势随机事件，规模效应借助有利条件过程可控、条件可控选择特定目标绩效/工作比低第5页,共46页，2024年2月25日，星期天6新药的类型和发现的特点类型创新特点发现途径创新产品新型制剂剂型研究复方配伍理论研究新适应症药物筛选部分创新药物优化结构提高疗效定向筛选机理相同结构不同定向研究同样机制用途不同药物筛选创新药物新靶点，新化合物新靶点，已知化合物随机筛选已知靶点，新化合物第6页,共46页，2024年2月25日，星期天7药物发现的技术概览生产生活医疗实践定向筛选计算机辅助筛选高通量筛选超高通量筛选药物设计药物发现样品制备组合化学天然产物药理研究生物技术生物信息第7页,共46页，2024年2月25日，星期天8四、药物筛选的基本概念药物筛选采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（样品）进行生物活性、药理作用及药用价值的评价过程。作用评价筛选方法（模型）药用样品发现药物第8页,共46页，2024年2月25日，星期天9五、药物发现简史

——药物起源1神农尝百草的传说

神农乃教民播种五谷……尝百草滋味……当此之时，一日而遇七十毒。《淮南子·务修训》

神农氏以赭鞭鞭草木，始尝百草……始有百药。《史记·补三皇本纪》第9页,共46页，2024年2月25日，星期天10药物发现简史

——药物起源2

大约古人一有病，最初只好这样尝一点，那样尝一点，吃了有毒的就死，吃了不相干的就无效，有的竟吃到了对症的好起来，于是知道这是对于某些病痛的药。这样积累下去，乃有草创的记录，后来渐成庞大的书，如《本草纲目》就是。——鲁迅《南腔北调集·经验》

第10页,共46页，2024年2月25日，星期天11药物发现简史

——现代药理学1优势和局限性扩大药物筛选范围和规模降低药物研究的风险种属差异和病理变化的特殊性技术要求高，病理模型有限

实验动物的应用正常动物模型病理动物模型自发性病理动物模型实验性病理动物模型第11页,共46页，2024年2月25日，星期天12药物发现简史

——现代药理学2

组织器官实验、分子药理药理学、细胞生物学机能实验药物作用机理研究病理机制研究药理作用选择性研究优势和局限性减少筛选药物用量提高筛选效率减少动物用量和实验干扰种属差异和病理变化的特殊性观察指标局限和手工操作过程第12页,共46页，2024年2月25日，星期天13药物发现简史

——高通量药物筛选

基本特点微量化（反应体系、样品用量）自动化（自动操作系统）大规模（数千—数万/日）分子细胞模型（分子靶点）计算机管理（生物信息、数据处理）样品库（大量样品）优势和局限性高效、低耗自动化程度高机理明确、结果误差小信息量大、比较范围大药理作用不明确第13页,共46页，2024年2月25日，星期天14药物发现简史

——药物筛选方法比较

原始方法现代方法高通量筛选观察对象人动物细胞、分子筛选规模零散小规模<100/日大规模>1000/日筛选方向随机定向随机/一药多筛样品用量不定1—5克1—5微克结果特点直接药效明确机理明确第14页,共46页，2024年2月25日，星期天15药物发现简史

—药物筛选方法比较

原始方法现代方法高通量筛选基本技术人体反应动物实验自动化作用类型药效学实验药效学分子靶点理论基础临床医学药理学反向药理学筛选形式不定简单重复系统筛选结果评价治疗作用药理作用作用机理第15页,共46页，2024年2月25日，星期天16六、高通量药物筛选——概念什么是高通量药物筛选？

高通量药物筛选就是应用分子细胞水平的药物活性评价方法（模型），通过自动化手段，对大量样品进行生物活性或药理作用的检测，发现新药的过程。高通量药物筛选的规模至少为每日筛选数千个样品。

第16页,共46页，2024年2月25日，星期天17高通量药物筛选——理论基础

传统药理学研究反向药理学研究动物模型药物作用分子靶点↓↓药效学筛选活性化合物↓↓活性化合物作用机理研究↓↓分子细胞水平研究药效学研究↓↓作用机理研究疾病相关动物模型研究↓↓药物开发研究第17页,共46页，2024年2月25日，星期天18现代药物发现的理论基础药理学与反向药理学传统药物的传统理论现代药物的药理学基础－－指导新药发现基于靶点的药物发现－－反向药理学尚未成熟由点到面的认识缺乏规律性认识由靶点到效应的规律认识不足PharmacologyPharmacology第18页,共46页，2024年2月25日，星期天19七、药物靶点及其研究现状药物靶点的定义

所谓药物靶点，简单的定义就是指那些能够与特定药物特异性结合并产生特定作用（主要是指调节生理功能，改变病理过程，缓解疾病症状，治疗疾病等作用）的生物大分子或特定的生物分子结构。在上述定义中有两个重要的前提条件，即药物和药物作用。没有药物存在或没有认识药物作用之前，利用上述定义判断药物靶点就不适用了。因此，发现新的药物靶点需要在理论上和实验方面给予全面的研究和认识。这也是当前许多研究人员面对人类基因组研究的成就盲目乐观的主要原因。第19页,共46页，2024年2月25日，星期天20药物靶点及其研究现状药物药物靶点生理调节解除疾病药物靶点数据库：E:\药物靶点数据库DrugTargetDatabase.htm第20页,共46页，2024年2月25日，星期天21已知药物靶点药理学分类DrewsJ,RyserS.Theroleofinnovationindrugdevelopment.NatBiotechnol.1997Dec;15(13):1318-9.

靶点类型TypesofdrugtargetsNoBacterialInfections（BACTERIA）24BloodandBloodformingOrgans24FungalInfection（FUNGAL）5GastrointestinalFunction14HormonesandHormoneAntagonists46Immunomodulation16Inflammation36Neoplasticdiseases38ParasiticInfections(malaria/protozoal/helminthiasis)（PARASITICS）19RenalandCardiovascularFunctions39SynapticandNeuroeffectorJunctionalSiteandContractNervousSystem41TheVitamins10UterineMotility8ViralInfections（VIRUS）10Total（microbetargets:5817.6%;human:82.4%）330第21页,共46页，2024年2月25日，星期天22Figure3.Moleculartargetsofdrugtherapy.Classificationaccordingtobiochemicalcriteria.Basedonamodernstandardworkofpharmacology,themoleculartargetsofallknowndrugsthathavebeencharacterizedassafeandeffectivehavebeencollectedandlistedaccordingtotheirbiochemicalnature(62).JürgenDrews.

DrugDiscovery:AHistoricalPerspective.Science2000;287(5640):1960-1964

已知药物靶点生物学分类第22页,共46页，2024年2月25日，星期天234.药物靶点与新药发现关于药物靶点概念错误导致药物研究投入增大。成功率降低药物靶点；候选靶点；潜在靶点；

功能蛋白药物靶点特异性靶点，主导靶点，优势靶点，非特异靶点第23页,共46页，2024年2月25日，星期天24药物靶点的基本特点药物靶点根据目前已经认识的约500种药物靶点进行分析，药物靶点必须具备的生物学特征主要表现在以下方面：a、属于生物学大分子（通常为蛋白质），可以单独存在或形成聚合体存在；b、具有可以与其他物质（主要是外源性或内源性小分子物质）相结合的部位或位点；c、该物质的结构可以发生变化，而且是在与小分子结合后发生变化，正常情况下，这种变化通常是可逆的；第24页,共46页，2024年2月25日，星期天25药物靶点的基本特点药物靶点d、该大分子可以通过结构的变化，在生理条件下发挥生理调节功能，引起机体某些功能或表现的变化；e、该物质结构状态变化产生的生理效应在复杂调节过程或作用通路中具有主导作用；f、病理条件下该物质的表达、活性、结构或特性可以发生变化，这种变化可以是原发性，也可以是继发性的。g、在体内可能存在内源性与之结合的小分子（内源性配基）或外源性配基，其配基的作用已经被认识。第25页,共46页，2024年2月25日，星期天26药物靶点及其研究现状药物靶点的分类药物靶点：能够与特定药物特异性结合并产生治疗疾病作用或调节生理功能作用的生物大分子或生物分子结构。候选药物靶点：符合药物靶点的基本特点，但还没有发现特异的药物的生物大分子或生物分子结构。潜在药物靶点：部分符合候选靶点的条件。第26页,共46页，2024年2月25日，星期天27药物靶点及其研究现状以上条件基本上摆脱药物和作用的限制，可以通过对生理条件下的物质信息进行分析，然后判断是否可以确定为药物靶点。但是仍然不能保证符合条件的位点就一定是药物靶点，仍然需要对其进行多方面的研究。对于全部或部分满足以上要求的蛋白质或其他生物大分子，可以作为候选药物靶点进行研究，特别是需要进行生物学的实验研究。以上药物靶点的基本条件实际上并不能反映药物靶点的生物学特征，通过生物信息学技术和方法，对已知靶点的规律性分析，发现更多新的靶点生物学特征，如结构特征，氨基酸序列特征等，将会有利于促进药物靶点的发现。第27页,共46页，2024年2月25日，星期天28八、样品数据库信息表第28页,共46页，2024年2月25日，星期天29高通量筛选的规模96孔微板384孔微板1536孔板第29页,共46页，2024年2月25日，星期天30963848641536第30页,共46页，2024年2月25日，星期天31高通量药物筛选成本第31页,共46页，2024年2月25日，星期天32九、高通量药物筛选基本程序模型优化AssayOptimization建立模型AssayDevelopment活性筛选Screening分析技术AssayTechnologies分析方法微量化AssayMiniaturization筛选结果Profiling活性化合物QualityLeads样品准备CompoundArchive第32页,共46页，2024年2月25日，星期天33高通量药物筛选一般过程初筛复筛深入筛选新药开发临床前研究临床研究活性化合物ActiveCompounds确证筛选活性样品Hits先导化合物Leadcompounds候选药物Candidate第33页,共46页，2024年2月25日，星期天34十、先导化合物评价

(Evaluationofleadcompounds)

活性评价：分子细胞功能评价生理作用评价药理学作用评价病理条件下评价第34页,共46页，2024年2月25日，星期天35先导化合物评价（2）

(Evaluationofleadcompounds)系统评价：靶点作用强度靶点选择性相应作用表现ADME/T品质已知同类研究地位整体动物实验观察第35页,共46页，2024年2月25日，星期天36十一、关于筛选模型

(Themodelofdrugscreening)筛选模型的基本要求：与人类疾病相同和相近的病因、症状；有明确的观察指标良好的可操作性筛选模型的局限性，种属差异，病因差异，环境差异，症状差异，药物反应差异筛选模型的研究方向反映人类疾病病因、症状的动物模型反映药物作用的动物模型非动物模型第36页,共46页，2024年2月25日，星期天37十二、药物发现和研究基本模式

(Strategyfordrugdiscovery)以化合物为中心的药物设计（compound-centereddrugdesign）

一个化合物通过多种方法中的一种进行鉴别，并探讨其生物学特征，如果该化合物表现出理想的药物活性，即可进入进一步的开发。

第37页,共46页，2024年2月25日，星期天38十二、药物发现和研究基本模式

(Strategyfordrugdiscovery)以化合物为中心的药物设计天然及合成的化合物天然配体的类似物第38页,共46页，2024年2月25日，星期天39十二、药物发现和研究基本模式

(Strategyfordrugdiscovery)以靶点为中心的药物设计（target-centereddrugdesign）是目前应用更为普遍的模式，其第一步是确定假定的药物靶点。潜在的靶点可能是一个参与病程的受体，一种发挥关键作用的酶，或者是疾病通路中的另外一种重要的生物分子。一旦靶点确定，研究人员就开始寻找与靶点相互作用的化合物，如激动剂、拮抗剂、调节剂。第39页,共46页，2024年2月25日，星期天40十二、药物发现和研究基本模式

(Strategyfordrugdiscovery)以靶点为中心的药物设计（target-centereddrugdesign）高通量筛选组合化学基于结构的药