药物靶标在新药研发中的作用

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1、【摘要】药物靶标是指存在于组织细胞内与药物相互作用,并赋予药物效应的特定 分子，绝大多数为蛋白质，包括多种受体、酶等。近年来，随着分子生物学研究的深 入，尤其是人类基因组和蛋白质组学的研究，药物靶标已经成了研发新药的重要手段。 该文综述了药物靶标的发现、基于靶标的药物设计及其在新药研究中的应用前景。【关键词】药物靶标药物设计靶向治疗所谓药物靶标(drugtarget)是指细胞内与药物相互作用，并赋予药物效应的特定分子。98%以上的药物靶标属于蛋白质。其中几乎 50%以上属于 G 蛋白耦联受体(GPRs)、丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸蛋白激酶、锌金属肽酶、丝氨酸蛋白酶、核激素 受体以及磷酸二酯酶等 6

2、 个家族。从理论上说，作为药物靶标的蛋白质必须能以适当 的化学特性和亲和力结合小分子化合物，并与疾病相关。具体来说，作为药物靶标的 蛋白质必须在病变细胞或组织中表达，并且在细胞培养体系中可以通过调节靶标活性 产生特定的效应，最后这些效应必须在动物模型中再现。最终，证明药物在人体内有 效之后，才能真正确证药物靶标的价值1。只要找到了药物作用的靶标分子就能根 据其特点开发和设计药物，以及进行靶向治疗。近年来大量分子生物学技术的出现， 尤其是基因组学、生物信息学、蛋白质组学、质谱联用技术及生物大分子相互作用分 析技术(BIA)等推动了从纷繁复杂的细胞内生物大分子中发现特异性的药物作用靶标 分子的进程

3、。1药物靶标的发现1.1 以基因组学、生物信息学为基础发现药物靶标基因组学技术在药物靶标发现中的应用主要体现在以下两个方面：确认致病蛋白质的综合策略(glbals tra tegy)和致 病蛋白质部分表征的靶标专一策略(target- speifistrategy) 2。前者注重于对致 病相关基因序列、蛋白质序列等分子信息的分析，包括计算机同源校准(在宿主和病 原基因组之间进行同源性比较分析，进而找出致病基因序列)、差别基因表达分析及 整体蛋白组分析；后者侧重于对疾病相关基因(靶基因)功能的分析，包括基因敲除 (geneknkut)，反义RNA和核酶抑制以及计算机模拟对基因产物结构和功能的预示

4、3。另外，基因组学技术在靶标的验证方面也有重要作用。人类遗传学(huangenetis)、生物信息学(biinfratis)、表达图谱(expressinprfiling)、代谢途 径分析(pathayanalysis)、基因敲除(geneknkut)、过量表达(verexpressin)、基因筛 选(gene-t-sreen)等技术可以在基因组水平上高通量大规模筛选和确证靶基因及疾病 相关遗传标记4。在生物信息学方面，应用 INVDK 软件进行计算机搜寻药物靶标是 一个很便捷的途径，此软件可同时寻找数个中草药有效成分的治疗靶标，并同已知实 验结果进行比较。研究结果显示该软件具有实际应用潜力及

5、在普及型计算机上可进行 运算的可行性。此方法除用于研究药物或先导化合物的未知靶标外，亦可用来研究中 草药的作用机理5。1.2 以蛋白质组学为基础发现药物靶标研究表明，人体内可能存在的药物作用靶 标约有300015000个，而统计结果显示，目前发现的药物靶标不到500个，这说明 还有大量的药物作用靶标未被发现6。大多数药物靶标都是在生命活动中扮演重要 角色的蛋白质，如酶、受体、激素等。通过蛋白质组学的方法比较疾病状态和正常生 理状态下蛋白质表达的差异，就有可能找到有效的药物作用靶标，其中应用较多的是 二维凝胶电泳(2-DE)和质谱分析(S)技术。在2-DE中，蛋白质样品根据其等电点 和相对分子质

6、量的不同而分离，在得到的电泳图谱中，疾病状态和正常生理状态的蛋 白质染色斑点的分布会出现差异，以此为线索，可以发现新的药物靶标7。例如 Hanash等8用2-DE分析急性淋巴细胞性白血病(ALL),发现一个高表达的多肽p18 有磷酸化和非磷酸化两种形式。研究证明，抑制p18的表达和磷酸化能有效地抑制肿 瘤细胞的增殖9。因而，有希望以p18为靶标构建合适的药物治疗ALL。质谱分析(S)技术具有高通量、敏感性强的特点，能根据相关序列识别蛋白质。其主要作用是 识别不同样品中大量相关蛋白质的差异，根据这些差异来筛选可能的疾病相关蛋白， 然后与临床实验作比较，以确定真正的靶标蛋白7。在蛋白质组学研究中，

7、进行 2-DE和S研究还需要使用许多其他相关技术。如样品的制备和分离技术、蛋白质结构 的分析技术、生物信息学技术等。利用蛋白质组学技术发现药物靶标的一般流程是： 样品制备(sapleprepara tin)f分离(fra tinatin)f质谱分析(assspe tret ry)f 蛋白质阵列(prtEinarrays) f计算生物学(putatinalbilgy)f结构蛋白质组学(struturalprteis) f 结合特征分析(bindingharateristis)8。另外，酵母双 杂交技术也是发现药物靶标的重要途径。该技术能够通过报告基因的表达产物敏感地 检测到蛋白质之间相互作用的路

8、径。对于能够引发疾病反应的蛋白互作，可以采取药 物干扰的方法，阻止它们的相互作用以达到治疗疾病的目的。例如 Dengue 病毒能引起 黄热并肝炎等疾病，研究发现它的病毒RNA复制与依赖于RNA的RNA聚合酶（NS5）、 拓扑异构酶NS3、以及细胞核转运受体B-iprtin的相互作用有关。如果能找到相应 的药物阻断这些蛋白之间的相互作用，就可以阻止RNA病毒的复制，从而达到治疗这 种疾病的目的10。1.3 以中草药单分子化合物为探针发现药物靶标近年来兴起的生物分子相互作用 分析技术（bileularinteratinanalysis, BIA）可以将中草药单分子化合物作为探针, 通过跟踪监测它与

9、蛋白质分子之间的相互作用来发现药物靶标。BIA是基于表面等离 子共振（surfaeplasnresnane, SPR）技术来实时跟踪生物分子间的相互作用。操作时先 将一种生物分子（如药物分子）作为探针固定在传感器芯片表面，将与之相互作用的 分子（如配体蛋白质）溶于溶液流过芯片表面，检测器能跟踪检测溶液中的分子与芯 片表面的分子结合和解离的整个过程。该技术系统主要由传感器芯片、SPR光学检测 系统和微射流卡盘3个核心部分组成11。这种方法也被称作“配体垂钓”，通过 配体垂钓不仅可以发现药物作用的靶标分子，也可以将靶标分子作为固定相用来发现 中草药中的活性成分。2 基于靶标的药物设计基于靶标分子结

10、构的药物设计指的是利用生物大分子靶标 及相应的配体-靶标复合物三维结构的信息设计新药。其基本过程是：确定药物作用 的靶标分子（如蛋白质、核酸等）；对靶标分子进行分离纯化；确定靶标分子的 三维结构，提出一系列假定的配体与靶分子复合物的三维结构；依据这些结构信息, 利用相关的计算机程序和法则如DK进行配体分子设计，模拟出最佳的配体结构模型； 合成这些模拟出来的结构，进行活性测试。若对测试结果感到满意，可进入前临床 实验研究阶段，反复重复以上过程，直至满意为止12。基于靶标分子结构的药物 设计需要采用X射线衍射分析和核磁共振波谱（NR）等结构生物学的研究手段，对靶 标蛋白质的分子结构进行深入研究，获

11、得相关信息，借助计算机技术建立靶标的蛋白 质结构模型。如治疗艾滋病的安瑞那韦（aprenavir,Agenerase）和奈非那韦 （nelfinavir,Viraept）就是利用人类免疫缺陷病毒（HIV）蛋白酶的晶体结构开发的药 物13。3 药物靶标在药物开发及疾病治疗中的应用在疾病相关的靶标分子被发现和确认 以后，即可根据这些靶标分子的特点设计出相关的药物进行靶向治疗。例如，世界性 的疑难病症阿尔茨海默病(AlzhEierpsdisease,AD)是一种常见的神经退行性病变，发 病率较高，已成为现代社会严重威胁老年人健康的疾病之一。AD的病因复杂，发病涉 及许多环节，包括神经递质与受体、淀粉

12、样蛋白沉积、tau蛋白磷酸化、炎症反应及 其他环节，这些环节为药物靶标的发现和选择提供了多种靶点，据此人们找到了针对 这些靶点的相关药物，如胆碱酯酶抑制剂类主要有多奈哌齐(dnepezil)、加兰他敏 (galantaine)、石杉碱甲(huperzineA)等；N-甲基-D-天冬氨酸(NDA)受体阻滞剂如美 金刚(eantine) 14。在利用药物靶标进行疾病的靶向治疗方面，应用最多的是对肿 瘤的治疗。抗癌药大多数为直接攻击DNA或抑制其合成的化合物，对肿瘤细胞缺乏特 异性。为了研制出具有特异性的药物，需要找到在癌的病因学和病理过程中起作用的 特异的靶标分子，其中包括细胞周期相关成分、信号转

13、导通路元件、细胞凋亡因子、 端粒酶、细胞的黏附和运动因子等。设计出针对这些靶标分子的特异性药物，并结合 纳米生物学技术给药物分子装配“制导”装置，进行针对癌细胞的靶向治疗。这样就 大大降低了抗癌药物对正常细胞的毒性作用，提高了病灶部位的药物浓度，从而极大 地提高了治疗效果。如小分子STI571和单抗Hereptin等15药物直接攻击致癌病 因，选择性强，临床效果显著且副作用小，多药联合使用时常能增强传统化疗药物的 作用。可以预计在未来的肿瘤化疗发展中，针对分子靶标的新一代抗肿瘤药物将成为 主要的发展方向。4 结语通过发现药物靶标来开发和设计特异性药物是创新性药物研发的重要途径 靶标的筛选和识别

14、需要基因组学、蛋白质组学、生物信息学等研究领域的深入发展和 现代生物技术手段如质谱、生物大分子相互作用分析(BIA)及生物芯片等技术的综合 应用。药物靶标的确证及其在药物开发和疾病治疗中的应用，需要进行反复的药理实 验及临床研究。欲进一步普及基于靶标的药物研发及靶向治疗，需要多个领域的进一 步深入研究和相互配合。【参考文献】1陈国强，徐娅蓓，郭萌药物靶标和创新药物:机遇与挑战J. 国外医学生理、病理科学与临床分册,2004,24(3):206. 2 LenzGR,NashH,JindalS.heialligands,genisanddrugdisveryJ .DrugDisveryTday,2

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