第二章 基于靶点的药物设计

药物靶点
与药物作用对疾病治疗有效，毒副反应小。
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1.2 靶点在药物研究中的意义
• 1. 是药物发现途径中关键的第一步； • 2. 新颖的靶点意味着新的作用环节和机制，这样的新药有较强的竞争力； • 3. 新的靶点也很容易成为竞相开发的众矢之的。
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1.3 靶点的研究现状
• 治疗药物的靶点约500个
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降脂药物：考来烯胺、考来替泊
作用机制： 1. 增加肝脏LDL受体合成； 2. 阻止胆固醇或胆固醇从肠道吸收， 促进胆酸或胆固醇从粪便中排出； 3. 促进胆固醇降解。
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例2：Toll样受体（Toll-like receptors, TLR）
一直困扰免疫学家的问题是，机体的免疫系统是通过何种方式识别病 原微生物，继而产生免疫应答的？这种免疫识别的机制是什么？
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总结
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关于AD的假说
• • • • • • 神经退行性疾病 淀粉样蛋白假说 自由基损伤假说 钙离子通道受损假说 炎症反应假说 胆碱能损害假说
基于胆碱能假说的药物设计
胆碱能假说的提出：
• 乙酰胆碱传递的信号与认知、学习、记忆有关。 • 乙酰胆碱不足，导致患者记忆减退，行为、个性 发生异常。 • 90% AD患者脑内缺乏乙酰胆碱。
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• 合成地点: 躯体神经、交感神经节前神经元和全部副交感 神经的化学递质均为乙酰胆碱(Acetylcholine，ACh)。乙 酰胆碱在突触前神经细胞内生物合成。 • 神经冲动使乙酰胆碱释放并作用于突触后膜上的乙酰胆碱 受体，产生效应。之后，乙酰胆碱分子被乙酰胆碱酯酶催 化水解为胆碱和乙酸而失活,见图. A: 过渡态 B:乙酰化酶
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针对机制性靶点进行药物设计的主要流程：
靶 点 的 发 现 靶 点 的 确 证
高 通 量 筛 选
证 实 原 理
先 导 物 优 化
疾病状 态下发 生改变 的受体、 酶、基 因等靶 点。
确定靶点 的有效性
得到小 分子化 合物
确证机 制试验 在与疾 病相关 的动物 模型体 内进行。
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小 结 步骤：
靶点的识 别和确证 高通量 筛选 先导化合 物的发现 先导化合 物的优化
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第四节
实 例
主要内容
4.1 瘦素的研究 4.2 抗消化性溃疡药物的研究 4.3 治疗早老性痴呆药物的研究
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4.1 基因性靶点及药物设计实例：瘦素的研究
瘦素是由肥胖基因编码的蛋白质激素,主要由脂
肪组织合成,通过受体介导,作用于靶组织,抑制食欲 并参与调节能量代谢、神经内分泌和免疫反应等。
第二章 基于靶点的药物设计 Target Based Drug Design
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主要内容
一、概述 二、靶点的发 现和确证 三、基于靶点 的药物设计
基因性靶点 及药物设计 方法
四、实例
靶点内涵
靶点的发现
瘦素的研究
靶点在药物 研究中的意 义 靶点的研究 现状
靶点的识别 和确证
机制性靶点 及药物设计 方法
靶点确证技术
(1) 微扰RNA(siRNA)和反义技术直接对mRNA进行调控； (2) 利用肽核酸、锁核酸、锌指、核酶在转录水平上对 mRNA进行调控。
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靶点优化 多个靶点都对某一疾病表型起决定作用， 优选出最佳靶点
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2.3 药物靶点研究的主要技术平台
• • • • • • 1. 生物信息学 2. 基因芯片 3. 人类遗传学基因识别方法 4. 生化途径的研究 5. 基因敲除 6. 反义技术
这些生物大分子主要是蛋白质，也有一些核酸或其他 物质。
• 类型: 基因位点、受体、酶、离子通道、核酸等生物大分子
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靶点特征:
1. 生物大分子; 2. 有结合位点; 3. 这个生物大分子和其他物质结合后发生结构变化, 而且 这个变化通常是可逆的; 4. 这个生物大分子通过结构变化可以发挥生理和病理的调 节作用; 5. 这个物质结构变化的生理效应在机体复杂调控体系中占 有主导作用。
45% 28% 11% 5% 2% 2% 7%
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靶点研究技术
• 生物信息学 (Bioinformatics) ：利用信息科学、计算机科学 等学科对生物信息进行采集、处理、存储、分析和解释，阐 述生物大分子的存在和价值。 • 化学信息学(Chemoinformatics) ：从各种信息源中提取化 学信息数据，形成规则和原理，加速先导物的发现和优化。 • 化学基因组学（chemical genomics ）： 用小分子化合物 与未知生物功能的蛋白质相互作用，以确定细胞内蛋白质的 功能。 • 功能基因组学（Functional Genomics ）：又称后基因组学 （Postgenomics），在基因组或系统水平上全面分析基因 的功能，这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基 因组动态的生物学功能学研究。
机制性靶点: 通过生物学观察发现，影响某一个分 子机制就足以获得显著的治疗效果。
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一、基因性靶点药物
优点： 1.选择性强：药物能选择性的调节疾病相关基因或基 因产物。 2.副作用少：对机体中其他的基因或分子机制没有影 响。 局限： 1. 患者数量少：基因变异引起的疾病通常具有种族 性和家族性。 2.通常疾病都是由多种因素引起的，每个致病基因的 作用很小。
肥胖、糖尿病等疾病的发生与瘦素及其受体功 能异常有密切关系。
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1. 发现编码瘦素的基因
• 1950年，Ingalls等发现一株近亲繁殖的小鼠食欲亢进，过
度肥胖，其体重可以达到正常小鼠的3 倍，并且患有糖尿
病。进一步的研究证明， 这种小鼠的肥胖是由于一个基 因发生了隐性突变引起的，遂将此基因命名为肥胖基因（ Obese Gene，Ob Gene）。 • ob基因编码瘦素（Leptin，LP），是一种在脂肪组织合成 分泌的蛋白类激素，主要功能是调控进食、能量及体重。 瘦素和其他激素一样，需要与特异的受体结合才能发挥其
果蝇
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2.2 药物靶点的识别和确证
靶点识别：是靶点评价的第一阶段，在此过
程中发现那些可能与疾病相关的分子。
正向识别过程（从表型到基因）：疾病——识别哪 些靶点与其相关。 逆向识别过程（从基因到表型）：改变某一靶点表 达——观测疾病相关现象变化。
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靶点确证
包括：
(1) 在疾病相关的细胞和组织中测定该靶点的表达情况; (2) 调节靶点表达水平, 观察有无相应的表型变化; (3) 在动物模型上测定靶点与表型的关系。
• 1. 瘦素类似物：短肽类物质 仅对瘦素基因突变的患者有效。 家族性相关基因缺陷→肥胖
• 2. 瘦素增敏剂——蛋白酪氨酸磷酸酶
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基于症状的途径新药设计实例： 4.2 机制性靶点及药物设计实例： 抗消化性溃疡药物的研究
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胃酸的分泌机制
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针对胃酸机制进行药物设计的代表药物：
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第二节
药物靶点的发现和确证
主要内容
2.1 靶点的发现 2.2 靶点的识别和确证
2.3 药物靶点研究的主要技术平台
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2.1 药物靶点的发现
发现途径：
a 分子途径： 临床样本、细胞模型 b 系统途径： 临床患者、动物模型
系统途径距离疾病更为接近，情况更为复杂。
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例1 ：LDL受体的发现
• LDL受体：是几乎所有有核细胞表面的一种受体蛋白，可 以与低密度脂蛋白(LDL)胆固醇结合，介导LDL被细胞内 吞，循环中70%的LDL在肝脏被摄取并代谢掉。
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• 1. 胆碱酯酶抑制剂：这类药物是治疗AD的主要药物。 第一代是他克林，上市较早，有一定效果，但肝毒性较大，已停用。 第二代是奈派齐（Donepezil），商品名为安理申，对肝毒性不大 ，无 需监测肝功能，但有一些不良反应，如恶心、 腹泻、失眠等，这些不良 反应属轻度，而且是一过性的。 • 2. 胆碱受体激动剂和调节剂 通过激动和调节胆碱受体，激活胆碱能神经，诱发Ach释放，阻止神 经元退化和促再生，达到改善症状的目的。 代表药物: 占诺美林
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针对基因性靶点进行药物设计的主要流程：
基 因 的 发 现 转 基 因 动 物 高 通 量 筛 选 证 实 原 理
先 导 物 优 化
1. 人类 基因组 计划2.后 基因组 时代
确定基因 的有效性
得到小 分子化 合物
确证机 制试验 在转基 因动物 体内进 行。
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二、机制性靶点及药物设计方法
优势： 1. 可应用于多基因引起的疾病。 2. 可应用于非基因突变引起疾病。
生物学作用。
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2. ob基因缺陷动物模型确证靶点：
不注射瘦素 大小相同，ob基 因缺陷 注射瘦素
67g
缺乏Leptin引起肥胖
35g
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瘦素的作用
• ㈠ 通过与神经系统的瘦素受体（OB-R）结 合发挥作用。 • ㈡ LP能够增加有机体的能量消耗。 • ㈢ LP直接作用于脂肪组织消耗体脂。
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药物设计
反义寡聚核苷酸 （由7到30个核 苷酸组成）与 mRNA特异性结 合，阻断翻译过 程
第三节 基于靶点的药物设计点及药物设计方法
3.2 机制性靶点及药物设计方法
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靶点分类：
基因性靶点: 与疾病特异性相关的基因或基因产物。 1. 这些基因或基因产物带有变异 2. 能引起更高的疾病风险
抗消化性溃 疡药物的研 究
药物靶点研究的 主要技术平台
治疗早老性 痴呆药物的 研究
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第一节
概 述
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主要内容
1.1 靶点内涵
1.2 靶点在药物研究中的意义 1.3 靶点的研究现状
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1.1 靶点内涵