蛋白质组学与新药开发

蛋白质组与新药开发一个新药从开发到上市，历经十几年的时间，研究开发经费可达十几亿美元。可一旦上市，利润却相当可观。新药开发是周期长，高风险，高投入，高汇报的产业。当代创新药物的研究十分激烈，焦点在于筛选新药，问题的核心是低成本，高效率地筛选出新药达到缩短新药发现过程的目标。结核病结核病流行全球形势严峻NatRevMicrobiol,2005,3:656GyraseATPsynthaseR207910NatBiotech,2005,23(2):187核酸作为药物作用的靶标存在的缺陷:①由于核酸结构的同源性，作用于DNA的药物大多选择性差且毒性大，特别是形成共价结合的药物都有严重的细胞毒性；②大多数疾病都是表征在蛋白质水平上而不是在基因水平，细胞和组织中mRNA的丰度与蛋白质的丰度相关性不显著；③核酸药物释放到组织是一大难题；④很多疾病是多基因共同作用的结果，很难找到关键基因作为作用的靶标。疾病的发生发展，药物的作用大多是在蛋白质水平上进行的，因此蛋白质组学克服了蛋白质表达和基因之间的非线性关系。将蛋白质组应用于新药研究，可以通过对疾病与正常细胞中的蛋白质组进行比较，发现可以成为药物筛选的作用靶标的与一些疾病相关的蛋白质。新药与靶标的发现和药物作用模式研究是药物蛋白质组学的重要研究内容。抗生素耐药问题以及不断出现新的微生物的感染性疾病，老的方法显得束手无策。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发生改变，以及发生何种改变。Science,2005,307:214NatBiotech,2005,23(2):187发现新药靶基因，克服菌株耐药性，缩短结核病的疗程美国强生药物公司(Johnson&Johnson)针对结核菌本身的ATP合成酶设计的一种药物不仅能够在低剂量短时间内杀灭对抗生素敏感/抗性的结核菌株,而且能够大大缩短结核病的疗程。该酶基因与人没有同源性且与其它细菌同源性也很有限，因此是一个安全的药物。靶鉴定靶确认先导化合物的鉴定先导化合物的优化毒理学动物模型临床试验新药出世新药开发流程图蛋白质组学在确定药物靶标中的作用①比较蛋白组学：确定疾病期表达的特异性蛋白（生物标记物）。感染前后宿主和病理组织。MT:2D显示96个差一点；56个结核杆菌特异蛋白；32个正作为新疫苗的作用靶点来研究。②免疫组：蛋白质组的分枝；蛋白质组学用于先导化合物的发展①提供高通量鉴定和优化先导化合物。蛋白质和蛋白质互作的鉴定可通过体内生理反应，即活性干扰筛选先导化合物。②功能性蛋白质芯片：鉴定可阻止蛋白质正常结合的分子；③酵母双杂交系统：体内测定蛋白质相互作用的干扰。④结构蛋白组学：计算机设计流感的Relenza;HIV感染的药物；蛋白质组学与临床研究进展①提供有价值的数据：药物和代谢副产物与非靶蛋白之间的出乎意外的相互作用，可以通过毒性生物标记进行检测。②研究因药物反应而发生变化的蛋白质图谱，提供药物活性、代谢和药物作用网络相关的基础。蛋白质芯片：5-氮杂胞苷对白血病治疗前和后的细胞蛋白质组研究。表达蛋白质组；蛋白质相互作用图谱：精确定位蛋白质相互作用的网络中心和沉余的途径。在药物研究与开发中，疾病靶标有两个含义：即靶基因和靶蛋白。通常首先需要了解影响某一疾病的基因（整个代谢途径上的基因），其中一个或一系列基因就称为靶基因。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-----蛋白质设计药物。这种蛋白质就称为靶蛋白。①膜蛋白或跨膜蛋白；②感染宿主后诱导上调表达的蛋白；③分泌蛋白；④在宿主体内释放并能与宿主蛋白相互作用的蛋白。用蛋白质组学鉴定可能的候选蛋白：①进入宿主；②在宿主内获得生长繁殖必须的营养；③抵御宿主对其反应；④攻击宿主；⑤侵染宿主并扩散。有机体的致病性依赖于其具备以下能力①重要活性位点残基；②已知的配体和决定他们如何与蛋白质相互作用的因素；③结合在活性位点的金属离子和水分子；④蛋白质的柔性利用上述几个信息，提高亲和力，选择性，降低代谢障碍。基于结构的药物设计实例1：一个没有任何配体的蛋白质结构（从头配体设计）①鉴定活性位点；②活性位点的氨基酸选为蛋白质-配体作用合格的搭档。③软件包（SPROUT,Leap-Frog,LUDI)；演化出配体。④高通量对接：鉴定有希望的起始结构；分子改造。实例2：包含天然配体的蛋白质结构①内源性的激动剂来设计拮抗剂；②了解催化机制，设计抑制剂。③比如：蛋白酶，氨基基团改变为化学惰性基团（N-甲基氨基）实例3：结构中的先导候选药物①组织蛋白酶B可逆抑制剂设计②老鼠的组织蛋白酶B晶体，与人的活性中心只有两个点突变。不可逆抑制剂-CMK。以它来做人的组织蛋白酶同源模型的模板。③计算机对接试验。