藥物設計-第二章-新藥開發(fā)的基本途徑與方法課件

第二章

新藥開發(fā)的基本途徑與方法藥物設計1.掌握先導化合物的發(fā)掘途徑與結構優(yōu)化方法。2.熟悉藥物作用靶點的發(fā)現、表達和鑒定的基本方法。3.了解臨床候選藥物的研究與開發(fā)過程，及近年來世界上市的化學小分子實體藥物?！緦W習要求】第一節(jié)

藥物作用靶點的發(fā)現人類基因組計劃完成之后，以基因組學為基礎，基于靶點的現代藥物設計和篩選策略逐漸取代了傳統的經驗模式。人類基因組計劃的完成以及后續(xù)功能基因組計劃和蛋白質組計劃的實施，大大改變了藥物研究與開發(fā)的思路與策略，形成了藥物研發(fā)的新模式――從基因到藥物。從基因到藥物功能基因組學的研究闡明疾病發(fā)生機制與藥物調節(jié)的機制發(fā)現并確證藥物作用的靶點設計和篩選藥物一、人類功能基因組學的研究功能基因組學（functionalgenomics）利用結構基因組學研究所提供的信息和結果，發(fā)展和應用新的實驗手段，在基因組或系統生物學水平上全面分析基因的功能。從解析生命的全套遺傳信息，轉移到系統研究這些遺傳信息所代表的實際意義，也就是生物功能上來。功能基因組學的應用研究目標：針對涉及多基因、多靶點和網絡調控的人類重大疾?。ㄈ缒[瘤、神經退行性疾病、自身免疫性疾病及代謝性疾病等），確認哪些生物大分子起關鍵作用，有可能被開發(fā)成為藥物作用的靶點。二、與重大疾病相關基因的發(fā)現與表達

靶點的探測與驗證是新藥開發(fā)的瓶頸階段?；蚪M學研究表明，人體中全部藥靶蛋白有1萬～2萬種，而在過去100年中所發(fā)現的靶點，僅有約500種。目前已經上市的藥物中，已知的作用靶點只有約120個。1.重大疾病相關基因的發(fā)現后基因組時代：反向遺傳學前基因組時代：正向遺傳學

先發(fā)現功能蛋白，再研究其基因，再通過基因工程技術表達該蛋白，經過分離、純化、結晶和結構測定，獲得其三維結構。先找到可以作為靶點的功能基因，經過確證后，再將其表達于合適的系統，而獲得相應的功能蛋白。而后可利用該功能蛋白進行藥物設計與篩選。發(fā)現靶點基因的方法和技術

基因敲除基因沉默

蛋白質組學技術

其他功能基因組學技術

基因敲除技術發(fā)現和驗證靶標的常用方法。在同源重組技術以及胚胎干細胞技術逐步完善的基礎上發(fā)展起來的。揭示藥物作用的機制，幫助尋找藥物作用的新靶點，為疾病的治療提供全新的機制。多數情況下基因敲除表型與藥物的治療作用間存在著直接的聯系。舉例敲除拓撲異構酶Ⅲ的β型，導致受試小鼠壽命縮短50%，并且會在各種組織中出現病理狀態(tài)，這種結果提示了拓撲異構酶在細胞老化中的作用。因此，拓撲異構酶Ⅲ的β型有可能開發(fā)為抗腫瘤藥物的靶點?；虺聊?/p>

利用反義化合物或RNAi造成基因沉默。探測基因功能及其是否在腫瘤細胞的生命過程中起關鍵作用。探測基因是否具有較強的特異性。確定其作為靶點的可能性。其中RNAi因其高效而較為多用。舉例針對510個基因（包括大多數激酶基因）的RNAi文庫，通過轉染HeLa細胞篩選了對TRAIL誘導細胞凋亡有控制作用的基因。RNAi實驗證明，TRAIL蛋白能同DR4和DR5受體結合，誘導多種腫瘤細胞的凋亡，而對正常細胞沒有影響。蛋白質組學技術蛋白質組學的比較，即健康與病變細胞、組織或體液的蛋白質表達譜的差異和表達量變化。已成功用于腫瘤、糖尿病、艾滋病、關節(jié)炎等多種基本相關蛋白的檢測，成為疾病監(jiān)測、診斷、治療的有力工具。蛋白質組學技術發(fā)現藥物靶點的例子SDS聯合高通量MALDI-TOF質譜技術對CLL細胞的質膜蛋白質進行了分離與鑒定。目的：尋找B細胞特異的膜蛋白以期發(fā)現可用于小分子或抗體治療的藥物靶點。發(fā)現2個潛在的新蛋白藥物靶點：MIG2B和B細胞新蛋白1。其他功能基因組學技術應用GBA（guilt-by-association）檢測了522個cDNA庫中的40000個人類基因，從中發(fā)現了幾百個未曾被識別的基因與癌癥、炎癥、類固醇激素合成、胰島素合成、神經遞質病變等疾病相關，其中8中與前列腺癌相關的基因具有稱為診斷基因或原始靶點的潛力。反轉錄病毒介導的功能基因組學可以用于發(fā)現細胞內治療靶點。2.重大疾病相關基因的表達

生物信息學預測生物信息學軟件可預測蛋白質結構，特別是具有顯著功能片段的分析，可以大體上確定靶基因在細胞中的定位和可能的功能。選擇表達體系對研究的蛋白進行表達究竟選擇哪種表達體系必須綜合考慮靶點基因的表達產量、產物穩(wěn)定性、生物學活性及分離純化等各種影響因素，建立最佳表達體系。（1）大腸埃希菌作為表達體系E.coli是分子遺傳學研究較深入且在基因工程中采用最多的原核表達體系。來源于真核細胞的基因在E.coli中的表達方式有三種：

融合蛋白、非融合蛋白、分泌型表達蛋白。缺點：缺乏真核蛋白表達后加工修飾的酶系，因而此類靶點蛋白如糖基化蛋白無法選之作為表達體系。

（2）酵母菌作為表達體系酵母表達蛋白的加工、轉運和分泌途徑都與高等真核生物相似。釀酒酵母能使表達的外源蛋白在分泌過程中發(fā)生糖基化。該糖基化的方式有N-糖苷鍵（天冬酰胺連接）和O-糖苷鍵（絲氨酸或蘇氨酸連接）連接。與哺乳動物細胞中發(fā)生的糖基化相同。（3）哺乳動物細胞作為表達體系哺乳動物細胞分泌的基因產物是糖基化的，接近或類似于天然產物。優(yōu)點：基因工程產物與原基因表達產物的功能一致。缺點：生長緩慢，培養(yǎng)條件苛刻，費用高。3.靶點的驗證在靶點的發(fā)現工作完成之后，下一個關鍵步驟就是對靶點的驗證。在不同系統和不同模型上證明藥物與潛在靶點發(fā)生特異性相互作用時會產生治療效果。靶點驗證不同階段及相關技術

第二節(jié)

先導化合物的發(fā)掘與結構優(yōu)化

創(chuàng)新藥物研發(fā)過程的兩個階段先導化合物的發(fā)現先導化合物的結構優(yōu)化一、先導化合物的發(fā)現先導化合物是指有獨特結構且具有一定生物活性的化合物。存在的問題：活性較低，選擇性不高，藥動學性質差。在先導化合物結構的基礎上進行一系列的結構改造或修飾，得到符合治療要求的新藥。先導化合物發(fā)現的途徑天然產物基于現有藥物基于活性內源性物質組合化學與高通量篩選由天然資源得到先導化合物

植物微生物以現有的藥物作為先導物

1.由藥物副作用發(fā)現先導化合物

磺胺類藥物磺酰脲類口服降糖藥磺酰胺類利尿藥哌唑嗪（1受體阻斷藥）降血壓抗良性前列增生2.通過藥物代謝研究得到先導物抗抑郁藥丙米嗪地昔帕明阿米替林去甲替林3.以現有突破性藥物作先導

抗?jié)兯幵退幬铩癿e-too”藥物奧美拉唑蘭索拉唑以活性內源性物質作先導化合物組胺西咪替丁利用組合化學和高通量篩選得到先導化合物將一些基本小分子，如氨基酸、核苷酸、單糖等通過化學或生物合成的手段組配成不同的組合，構建化合物庫。通過高通量篩選(high-throughputscreening)發(fā)現其組分具有生物活性后再進行分離，并確定其活性化合物的結構。屬于非合理藥物設計。二、先導化合物的結構優(yōu)化目的：以得到活性更強、選擇性更好、毒副作用更小以及具藥代動力學性質更好的新化合物。優(yōu)化方法：生物電子等排體前藥設計軟藥設計定量構效關系研究……第三節(jié)

臨床候選藥物的研究與開發(fā)臨床前藥物研究：藥效學、毒理學、藥物安全性評價、合成工藝路線、完成藥物的結構確證、質量穩(wěn)定性和質量標準等藥學研究內容。經過綜合評估，符合要求后開始進行臨床試驗研究（包括Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期臨床試驗）。通過在人體內進行深入的有效性、安全性研究并獲得理想結果后，最終才能被批準上市應用。1.臨床前體內外藥效學評價藥效學研究的內容研究藥物的生化、生理效應及機制，以及劑量和效應之間的關系。對擬用于臨床預防、診斷、治療作用的有關新藥進行藥理作用觀測和作用機制探討。一、臨床前研究

確定新藥預期用于臨床防、診、治的目的藥效。確定新藥的作用強度。闡明新藥的作用部位和機制。發(fā)現預期用于臨床以外的廣泛藥理作用。藥效學研究的目的

研究方法應有兩種以上，其中必須有整體實驗或動物模型實驗，所用方法和模型要能反映藥理作用的本質。指標應能反映主要藥效作用的藥理本質，應明確、客觀、可定量。劑量設計能反映量效關系，盡量求出ED50或有效劑量范圍。實驗應用不同形式的對照（如溶劑對照、陽性藥對照）。給藥途徑應與臨床用藥途徑一致。

藥效學評價實驗設計基本要求

定量分析方法：量-效關系分析時-效關系分析構-效關系分析時-量關系分析藥-靶關系藥效學評價分析

具體請參見藥理學有關內容比較創(chuàng)新藥物與老藥的作用機制：作用機制與老藥相同，可按老藥的標準進行評選；作用機制與老藥不同，下一步就應按照該新藥的特點專門設計標準進行評選。新藥作用機制的研究

2.臨床前安全性評價安全、有效是一切藥物必須具備的兩大要素，安全性評價是新藥評價的主要項目之一。

安全性研究始終貫穿于新藥開發(fā)的全過程，而一般把臨床安全性研究納入新藥臨床研究及藥物不良反應監(jiān)測的范疇。就非臨床研究項目的時間與花費而言，急性毒性、長期毒性、生殖毒性、致突變試驗、致癌試驗等安全性評價研究約占整個臨床前研究時間的90%。非臨床實驗研究規(guī)范（goodlaboratorypracticefornon-clinicallaboratorystudies，GLP）發(fā)達國家和我國規(guī)定藥物安全性評價研究試驗條件必須符合GLP規(guī)定的基本條件，制定相應的標準操作規(guī)程（SOP），并要求實驗人員嚴格按照SOP進行藥物安全性評價研究，以確保新藥申報材料中有關安全性評價研究工作的質量。新藥臨床前安全性評價的內容一般毒理學試驗新藥特殊毒性試驗

（1）一般毒理學試驗全身性用藥毒性試驗單次給藥毒性試驗——半數致死量LD50多次給藥毒性試驗

（長期毒性試驗）：長期重復給藥對動物是否產生積蓄毒性，毒性反應的表現、性質和程度，劑量與毒性效應的關系，靶器官損害程度和可逆性，長期給藥耐受量等，找出安全無毒的劑量。局部用藥毒性試驗

某些藥物因其本身的特點、適應證、作用部位等因素需要采用局部給藥，例如皮膚給藥、黏膜給藥等。過敏性試驗

源于天然產物的新藥，往往含有一些多肽、多糖等大分子物質，抗原性很強，較易產生過敏反應，因而對源于天然產物的新藥進行過敏性試驗更具有特殊意義。過敏性試驗一般要進行全身主動性過敏試驗和被動過敏試驗。（2）新藥特殊毒性試驗突變試驗生殖毒性試驗致癌試驗一和二類新藥要求進行特殊毒性試驗。遺傳毒理學試驗

通常采用一組檢測遺傳毒性的體內和體外試驗，這些試驗相互補充。我國的遺傳毒性評價方案由微生物回復突變試驗、哺乳動物培養(yǎng)細胞染色體畸變試驗和嚙齒動物微核試驗組成。生殖毒性試驗

一般生殖毒性試驗致畸敏感期試驗圍生期試驗需要進行生殖毒性試驗的藥物類型包括：一、二類新藥計劃生育用藥保胎藥催乳藥其他與生殖、妊娠有關的藥物致癌試驗

預測藥物在臨床應用中誘導癌癥的危險性。由于致癌試驗周期長、耗費多，并不是所有藥物都要做。需要進行致癌試驗的類型：致突變試驗結果呈陽性長期毒性試驗發(fā)現有可疑腫瘤發(fā)生某些器官組織細胞異常藥物結構與或代謝產物與已知致癌物有關作用機制為細胞毒類3.臨床前藥學研究目的：全面開展原料藥和制劑的實驗室研究，完成新藥臨床試驗所需要的藥學方面的工作，為Ⅰ期臨床評價做好準備。內容：原料藥的藥學研究內容制備工藝，化學結構確證，理化性質，分析鑒別，質量控制，穩(wěn)定性研究制劑的藥學研究內容劑型設計，處方工藝設計，質量標準研究，穩(wěn)定性研究二、藥物臨床研究新藥臨床研究的基本原則

新藥臨床研究的內容

藥品臨床試驗管理規(guī)范（GCP）

1.新藥臨床研究的基本原則

法規(guī)原則：在國家法規(guī)原則指導下。醫(yī)學倫理原則：遵循赫爾辛基宣言的原則，保護受試者的利益；簽署“知情同情書”（informconsent）。試驗設計原則：三原則，即隨機、對照、重復。

具體內容還涉及安慰劑、病例選擇、劑量與給藥方案、藥效評價、不良反應評價、患者依從性、病例數估計。研究道德原則

統計分析原則：臨床試驗的統計學規(guī)范（goodstatisticalpractice，GSP）

2.新藥臨床研究的內容

Ⅰ期臨床試驗：臨床藥理和毒性作用試驗期在少數健康志愿者中進行（20~50例）。目的：確定安全有效的人用劑量和設計合理的治療方案。Ⅱ期臨