藥物設(shè)計(jì)基本原理與方法

1、關(guān)于藥物設(shè)計(jì)基本原理和方法1第一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月2主要內(nèi)容：先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合的優(yōu)化第二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月3一、新藥開發(fā)的兩階段先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)（Lead Generation）先導(dǎo)化合物優(yōu)化（Lead Optimization） 兩者相輔相成 NCElead discoverylead optimization第三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月4先導(dǎo)化合物L(fēng)ead compound 簡稱先導(dǎo)物（Lead），是指新發(fā)現(xiàn)的對某種靶標(biāo)和模型呈現(xiàn)明確藥理活性的化合物。有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的具有一定活性的化合物是現(xiàn)代新藥研究的出發(fā)點(diǎn)第四張，PPT共五

2、十頁，創(chuàng)作于2022年6月5先導(dǎo)化合物L(fēng)ead compound A chemical structure or series of structures that show activity and selectivity in a pharmacological or biochemically relevant screen.The structure of the lead compound is then modified by synthesis to amplify the desired activity and to minimize or eliminate the unw

3、anted properties.第五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月6二、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)Approaches for lead discovery 改進(jìn)和優(yōu)化已有藥物1 篩選途徑2 利用自然界生物資源3 合理藥物設(shè)計(jì)4第六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月7（1）用藥物的副作用開發(fā)新藥（2）通過藥物代謝研究得到先導(dǎo)物（3）以現(xiàn)有突破性藥物作先導(dǎo)1、改進(jìn)和優(yōu)化已有藥物First Strategy: Improvement of existing drugs第七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月8（1） 用藥物的副作用開發(fā)新藥藥物對機(jī)體有多種藥理作用用于治療的稱治療作用其他

4、的作用通常稱為毒副作用藥物的毒副作用可能對另一種疾病有治療作用可從已知藥物的毒副作用出發(fā)找到新藥或?qū)⒍靖弊饔门c治療作用分開而獲得新藥第八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月9如:異煙肼(Isoniazid)是抗結(jié)核藥物，臨床發(fā)現(xiàn)部分病人服用后出現(xiàn)與結(jié)核病人體征不相符的情緒高漲，這引起了醫(yī)學(xué)界的注意。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)是由于異煙肼具有抑制單胺氧化酶的副作用，于是以異煙肼為先導(dǎo)化合物，發(fā)展了單胺氧化酶抑制劑類抗抑郁藥，異丙煙肼是其中一例。（1） 用藥物的副作用開發(fā)新藥第九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月10異丙嗪的鎮(zhèn)靜作用 Promethazine異丙嗪（抗過敏藥）Chlorpromazin

5、e氯丙嗪（安定）Thiazinamium噻丙胺（支氣管擴(kuò)張）異丙嗪(Promethazine)是抗過敏藥，研究其構(gòu)效關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，將支鏈的異丙基用直鏈的丙基替代時，抗過敏作用下降，而精神抑制副作用增強(qiáng)，由此啟發(fā)找到了新的先導(dǎo)化合物氯丙嗪(Chlorpromazine) 第十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月11（2）藥物代謝研究得到先導(dǎo)物藥物研究的先導(dǎo)物選擇其活化形式避免代謝失活或毒化的結(jié)構(gòu) 采用這類先導(dǎo)物，得到優(yōu)秀的藥物的可能性較大甚至直接得到比原來藥物更好的藥物第十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月12百浪多息（Prontosil）磺胺類抗菌藥（2）藥物代謝研究得到先導(dǎo)物第十二

6、張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月13（3）以突破性藥物作先導(dǎo)近年來隨著生理生化機(jī)制的了解，得到了一些疾病治療的突破性的藥物不僅在醫(yī)療效果中，也在醫(yī)藥市場上取得了較大的成功，原型藥物（Prototype Drug）隨之出現(xiàn)了大量的“Me-too”藥物A me-too drug is a compound that is structurally very similar to already known drugs, with only minor pharmacological differences.第十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月14“Me-too”藥物特指具有自己知

7、識產(chǎn)權(quán)的藥物其藥效和同類的突破性的藥物相當(dāng)以現(xiàn)有的藥物為先導(dǎo)物進(jìn)行研究避開“專利”藥物的產(chǎn)權(quán)保護(hù)的新藥研究 比全新結(jié)構(gòu)藥物的創(chuàng)制研究難度低、風(fēng)險小、成功率高是新藥研究的一條重要途徑,是由仿制向創(chuàng)制轉(zhuǎn)軌的捷徑。第十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月15Me-too drugH2受體拮抗劑類抗?jié)兯幍谑鍙?，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月16二、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)Approaches for lead discovery 改進(jìn)和優(yōu)化已有藥物1 篩選途徑2 利用自然界生物資源3 合理藥物設(shè)計(jì)4第十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月172、篩選廣泛篩選 Extensive scre

8、ening隨機(jī)篩選 Random Screening中間體篩選The screening of synthesis intermediates高通量篩選High-throughput screening虛擬篩選 Virtual screeningSecond Strategy: Systematic Screening第十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月18Virtual screening用計(jì)算機(jī)篩選的方法稱為虛擬篩選，或稱in silico篩選 ， 成為in silico-in vitro-in vivo模式 。用一系列“基于知識的濾片”對虛擬庫“篩選”，以“濃縮”出能夠滿足預(yù)定

9、標(biāo)準(zhǔn)的化合物。這些濾片包括類藥性(drug like)，藥代動力學(xué)性質(zhì)，毒性，知識產(chǎn)權(quán)問題以及與受體的互補(bǔ)性或與配體的相似性等，是通過數(shù)據(jù)庫搜尋和計(jì)算化學(xué)實(shí)現(xiàn)的。 第十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月19類藥性Lipinski歸納的“類藥5規(guī)則”(Rule of Five)，概括了類藥的最低標(biāo)準(zhǔn):分子量在500以下；氫鍵的給體不超過5個；氫鍵的接受體不超過10個；計(jì)算的分配系數(shù)(正辛醇-水系統(tǒng))ClogP值不超過5。第十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月20ADMET ADMET (藥物的吸收, 分配, 代謝, 排泄和毒性)藥物動力學(xué)方法是當(dāng)代藥物設(shè)計(jì)和藥物篩選中十分重要的方

10、法。A：吸收 Absorption D：分配 Distribution M：代謝 MetabolismE ：排泄 Excretion T： 毒性 Toxcity 第二十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月21二、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)Approaches for lead discovery 改進(jìn)和優(yōu)化已有藥物1 篩選途徑2 利用自然界生物資源3 合理藥物設(shè)計(jì)4第二十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月223、利用自然界生物資源天然生物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物天然生物活性物質(zhì)來源廣泛 植物 動物 微生物 海洋生物 礦物Third Strategy: Exploitation of biologi

11、cal information第二十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月23目前臨床應(yīng)用的不少藥物是直接從植物中提取到的。可直接作為藥物使用，同時又是良好的先導(dǎo)化合物，可發(fā)展多種合成和半合成類的藥物。天然生物活性物質(zhì)的特點(diǎn) 新穎的結(jié)構(gòu)類型（分子多樣性） 獨(dú)特的藥理活性 資源有限及地域性差異 有效成分含量很低 大多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作用強(qiáng)度不同天然生物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物第二十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月24南美洲古柯普魯卡因（Procaine）天然生物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物第二十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月25結(jié)構(gòu)修飾，優(yōu)化得到半合成的多西紫杉醇（Taxotere）天然生

12、物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物從紅豆杉樹皮中分離出的抗癌藥紫杉醇第二十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月26天然生物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物1929年，英國醫(yī)生Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素，從此揭開了青霉素研究的序幕。 第二十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月27天然生物活性物質(zhì)作為先導(dǎo)物海葵毒素是從海洋生物中分離出的一種劇毒物質(zhì)，有望成為新型心血管藥物和抗癌化療藥物。第二十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月28二、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)Approaches for lead discovery 改進(jìn)和優(yōu)化已有藥物1 篩選途徑2 利用自然界生物資源3 合理藥物設(shè)計(jì)4第二十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)

13、作于2022年6月294、合理藥物設(shè)計(jì) Fourth Strategy: Planned research and rational approaches 以藥物作用靶點(diǎn)的三維結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)作用機(jī)制為基礎(chǔ)進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)?；跈C(jī)理的藥物設(shè)計(jì) Mechanism-based drug design基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì) Structure-based drug design第二十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月30H1受體拮抗劑類的抗過敏藥H2受體拮抗劑類抗?jié)兯幬?，如西咪替?。–imetidine），用于潰瘍病的治療。西咪替?。–imetidine）Mechanism-based drug

14、design組胺西咪替丁第三十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月31Structure-based drug design血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑ACEI羧基陽離子對結(jié)合酶起重要作用吡咯環(huán)與S2結(jié)合2-甲基丙?；cS1結(jié)合。巰基與Zn2+結(jié)合酰胺的羰基則可和受體形成氫鍵第三十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月32傳統(tǒng)藥物化學(xué)的主要方法:1、烷基鏈或環(huán)結(jié)構(gòu)改造2、生物電子等排3、前藥4、軟藥5、硬藥6、孿藥三、先導(dǎo)化合物的優(yōu)化Lead Optimization第三十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月331、烷基鏈或環(huán)結(jié)構(gòu)改造Alterations of Compound wi

15、th Alkyl or Ring 同系物引入烯鍵環(huán)結(jié)構(gòu)的改變官能團(tuán)的改變第三十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月342、生物電子等排 Bioisosteris電子等排體元素周期表中同族元素最外層的電子數(shù)目相等，它們的理化性質(zhì)亦相似擴(kuò)大到外層電子數(shù)相等的原子、離子或分子“生物電子等排體”具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)，又能產(chǎn)生相似的生物活性的相同價鍵的基團(tuán)有時這也被稱作非經(jīng)典的電子等排體 第三十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月35藥物設(shè)計(jì)中常用的生物電子等排體生物電子等排體的分類可相互替代的等排體一價原子和基團(tuán)類電子等排體F，H -NH2 , -OH-F,-CH3, -NH2 , H

16、 -OH, -SH -Cl，-Br, -CF3，CN-i-Pr -t-Bu二價原子和基團(tuán)類電子等排體-CH2-，-O-，-NH-，-S- , -CONH-， -CO2- -CO，-CS，-CNH，-CC-三價原子和基團(tuán)類電子等排體-CH=, -N= , -P=， -As=四價原子類電子等排體環(huán)內(nèi)等排體-CH=CH- ， -S- ， -O-， -NH- -CH= -N=等價體環(huán)類其他-COOH，-SO3H，-SO2NHR第三十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月36生物電子等排體原理設(shè)計(jì)優(yōu)化先導(dǎo)化合物特點(diǎn)：第一，用生物電子等排體替代時，往往可以得到相似的藥理活性。通過藥物設(shè)計(jì)可以得到新的化

17、學(xué)實(shí)體或類似物。me-too drug第三十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月37第二，用生物電子等排體替代后，可能產(chǎn)生拮抗的作用，常常應(yīng)用這種原理設(shè)計(jì)代謝拮抗劑類的藥物第三，用生物電子等排體替代后得到的化合物，毒性可能會比原藥低。第四，用生物電子等排體替代后，還能改善原藥的藥代動力學(xué)性質(zhì)。生物電子等排體原理設(shè)計(jì)優(yōu)化先導(dǎo)化合物特點(diǎn)：第三十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月383、前藥（Prodrug）藥物分子進(jìn)入人體要面臨的其中一關(guān)就是肝臟，因?yàn)橐谶@里被代謝轉(zhuǎn)化?；蛘哒f“解毒”，被“解毒”的藥物分子多半就沒有了藥理活性，這個效應(yīng)也被稱為“首過效應(yīng)”。藥物分子就像沖鋒的士兵，雖

18、然斗志高昂，可是能沖過肝臟的防線，多半也都損兵折將。怎么辦？“潛伏”起來！第三十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月39前藥的概念前藥（prodrug）泛指一類體外活性較小或無活性，在體內(nèi)經(jīng)酶或非酶作用，釋出活性物質(zhì)而發(fā)揮藥理作用的化合物。載體連接前藥（carrier-linked prodrug）生物前體（bioprecursor）制備前藥的一般方法 醇類：酯、縮醛或縮酮 羧酸類：酯、伯酰胺、酸酐 胺類：酰胺、亞胺、偶氮 脒類：氨基甲酸酯 羰基類：縮醛第三十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月40生物前體（bioprecursor）非甾抗炎藥舒林酸（sulindac）的還原性生物

19、活化第四十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月41載體連接前藥第四十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月42載體連接前藥將藥物分子和一個叫“二氫吡啶”的載體連在一塊，經(jīng)過偽裝的分子脂溶性很好，能夠闖入血腦屏障進(jìn)入大腦 第四十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月43利用前藥原理，可使先導(dǎo)化合物的藥代動力學(xué)性質(zhì)得到改善，但一般不增加其活性 提高藥物的選擇性 增加藥物的穩(wěn)定性 延長藥物作用時間 改善藥物的吸收，提高生物利用度 改善藥物的溶解性 降低藥物的毒副作用前藥設(shè)計(jì)目的及作用：第四十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月444、軟藥（Soft-drug）“硬藥”（hard drug）在歷史上曾有人試圖設(shè)計(jì)一類在體內(nèi)不受任何酶攻擊的有效藥物，以避免有害代謝物的產(chǎn)生 “軟藥” （soft drug）容易代謝失活的藥物使藥物在完成治療作用后，按預(yù)先規(guī)定的代謝途徑和可以控制的速率分解、失活并迅速