药物筛选之概论

武汉合研生物

药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。总体而言，药物筛选方法

现在药物筛选方法基本都是在20世纪50年代逐步发展起来的。20世纪50年代药物发现主要是依靠细胞和动物模型，一般是表型筛选。由于对酶和酶动力学研究的不断深入，基于组织/器官的表型筛选得到了迅速发展。在这个阶段数以百计的酶被发现和纯化，成为重要的药物发现分子靶点。20世纪70年代，酶动力学的方法学研究被延伸应用到受体药理学，受体药理学逐渐成为药物发现的热点研究领域。20世纪80年代后期，分子生物学和基因组学的发展开启了基于分子靶点的药物发现时代。重组DNA技术和重组蛋白质等技术方法的应用，建立了大量基于药物作用靶点的筛选模型，可利用细胞株或生物分子的相互作用筛选庞大的化合物库。20世纪90年代，随着生命科学的发展和生物技术的进步，基于靶点的药物发现模式逐渐取代了传统的基于药物化学结构的发现模式，成为现代创新药物研发的主流模式。也就是，我们能够基于某个分子靶点进行高通量筛选，可以获得小分子和靶蛋白的复合晶体结构。这些技术取得了很大的成功，今天仍然在不断丰富和发展当中。

1. 表型筛选

表型筛选是在细胞或动物疾病模型上筛选能够改变表型的化合物，然后再深入探究化合物发挥药理作用的靶点和作用机制，这种药物发现策略也被称为“经典药理学”或“表型药物发现”( phenotypic drug discovery，PDD)。表型筛选过程使对许多疾病先导发现，其药物靶点未鉴定和/或被验证。因此，这个方法对许多趋向不了解，和大多数缺乏有效药物治疗的罕见疾病药物发现可能有用。表型筛选又可以分为基于动物水平的体内筛选与基于细胞的体外筛选两个大类。

1.1 体内筛选

体内筛选主要是基于整体动物的表型进行的药物筛选过程，通过代表不同疾病状态的多种动物模型评价侯选物的可能治疗效果。可用于高内涵筛选的模型动物包括果蝇( Drosophila melanogaster)，斑马鱼( Danio rerio)和小鼠( Mus musculus)也是表型筛选的重要模型。表型筛选也可用于评价临床治疗过程中偶然发现的一些药物，尤其是一些未曾预料的新适应症。有些学者认为，基于细胞的体系无法充分模拟人类疾病的过程，机体的复杂体系只有用模型生物来模拟。但是，基于动物模型的表型筛选方法不适合大量的小分子样品库筛选，因此这些方法多用于评估已批准药物或后期候选药物的重新定位。

1.2 体外筛选

体外筛选主要是指按预期方式寻找能够改变细胞或机体表型的小分子化合物的一类筛选方法。最简单的表型筛选方法是采用细胞系进行筛选，监测单个细胞活力参数，如细胞死亡或特征性蛋白质的产生。回顾性分析发现，FDA 批准的许多药物，尤其在20 世纪70年代批准的药物中许多是通过表型筛选的方法发现，随后对其作用机制进行研究。如，阿司匹林作用机制和分子靶点的研究和确定花费了将近100 年的时间。钙通道拮抗剂是利用平滑肌松弛、血管扩张和降低高血压等表型筛选的方法发现并被开发成药。在20 世纪80 年代这些药物首次被批准时，在治疗高血压和其他心脏适应证方面的详细作用机制并不清楚。随着生物学研究新技术新方法的大力发展，在过去10 年中表型筛选的通量已大大提高，尤其是机器人筛选平台和高敏感检测系统的应用，适于快速筛选大量样品库。活性化合物使得某种细胞表型发生变化可被检测，如杀死病原体或癌细胞，激活或抑制某个信号通路，改变其他伴随人类疾病发生的表型，如细胞自噬、凋亡、细胞周期分析、细胞感染、细胞运动、细胞分泌、细胞骨架重排、核易位、受体内化和轴突生长。基于细胞的表型筛选技术方法主要包括3 种类型: 基于细胞表型分析细胞活力测定法; 细胞信号通路分析; 以及疾病相关表型分析。细胞接受药物刺激信号后引起的响应是多阶段过程，根据细胞生理反应进程又可以分为4个方面：

1.     以细胞膜的界限，细胞内蛋白或者膜受体和外界的分子结合，接收来自外界的信号。

2.     接受信号的蛋白或者受体发上构象的改变，多聚化或者改变其和胞内其他蛋白的结合能力，通过第二信使或者激酶等将信号传导下去，并逐级放大。

3.     放大的信号继续传递影响到下游的转导信号通路，影响到转录因子的活性，转录因子进入细胞核，介导核苷酸的转录，转录RNA进入细胞基质中调节蛋白的表达。

4.     蛋白的丰度表达导致细胞对信号分子产生最终的响应，引起细胞向外界分泌物质，细胞增殖或者死亡。

2. 靶点筛选

       基于靶点的筛选可以有效的筛选到具有生物活性的小分子物质，这种筛选方式定位于特定的靶蛋白，例如，激酶、组蛋白去乙酰化酶、G蛋白偶联受体等。通过此方法筛选得到的小分子活性物质对靶点具有强烈的影响作用。可以分为基于计算机辅助药物设计的虚拟筛选方式与生物物理化学方法的实验筛选方式。

2.1 虚拟筛选

虚拟筛选(virtualscreening，VS)也称计算机筛选，即在进行生物活性筛选之前，利用计算机上的分子对接软件模拟目标靶点与候选药物之间的相互作用，计算两者之间的亲和力大小，以降低实际筛选化合物数目，同时提高先导化合物发现效率。从原理上来讲，虚拟筛选可以分为两类，即基于受体的虚拟筛选和基于配体的虚拟筛选。

2.2 实验筛选

药物的实验筛选就是在具体的实验基础上进行药物活性筛选。基于小分子靶点是能够与小分子化合物发生特异性结合, 并能产生特异的生理效应或药理效应, 调节机体生理功能或防治疾病的生物大分子。目前药物的靶点主要是蛋白质。小分子药物与靶蛋白的相互作用是很多药物发挥生物学功能的基础。根据实验涉及的领域又可以分为2种，一种是基于分子生物学与细胞生物学方法的生物化学方法筛选，一种是生物物理方法筛选。

2.2.1 生物化学方法

生物化学方法筛选分为分子水平与细胞水平，其中分子水平的药物筛选模型主要分为受体筛选模型、酶筛选模型、离子通道筛选模型，细胞水平的药物筛选模型又分为以酶为靶点、以受体为靶点、以离子通道为靶点、以核酸为靶点。

2.2.2 生物物理方法

生物物理方法筛选目前应用较为广泛的是基于亲和力评价方法。“有结合才会有有功能，有功能一定有结合。”Binding(结合)和Function（功能）是体外药效初步评价中最重要的两环，对于候选药物来说，结合是其药物发挥功能的必要条件，但并非充分的条件。评价一个候选药物，其与靶点分子的结合能力是最基础也是最重要的一方面。

殊途同归，一个药物的发现，源头上是靶点筛选还是表型筛选并不重要。阐明药物的体内作用机制，才能为精准医疗时代的疾病治疗提供依据，为开发更好的药物提供方向。

武汉合研生物

药物筛选的方向基本在这里，总体上，从得到化合物之后，就可以慢慢逐步的进行后续开展。