医学课件新药设计和开发的基本途径和方法先导化合物的发现.ppt

1、内内 容容 引言引言 Introduction 先导化合物的发现先导化合物的发现 Lead discovery 先导化合物的优化先导化合物的优化 Lead optimizationLead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.

2、反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物天然生物活性物质作为先导物天然生物活性物质作为先导物 天然生物活性物质来源广泛天然生物活性物质来源广泛u 植物植物u 动物动物u 微生物微生物u 海洋生物海洋生物u 矿物矿物从中药青蒿中分离出的抗疟有效成分青蒿素，为新型结构从中药青蒿中分离出的抗疟有效成分青蒿素，为新型结构的倍半萜过氧化物，的倍半萜过氧化物，对耐氯喹的疟原虫有极高的杀灭作用。口服活性低，溶解对耐氯喹的疟原虫有极高的杀灭作用。口服活性低，溶解小，复发率高。小，复发率高。后采用结构修饰的方法合成了抗疟效果更好的蒿甲醚和青后采用结构修饰的方法合成了抗疟效果更好的蒿甲

3、醚和青蒿素琥珀酸酯，蒿素琥珀酸酯，疗效比青蒿素高疗效比青蒿素高5倍，且毒性比青蒿素低。倍，且毒性比青蒿素低。天然生物活性物质作为先导物天然生物活性物质作为先导物屠呦呦获屠呦呦获2011年拉斯克奖年拉斯克奖获奖理由是发现青蒿素获奖理由是发现青蒿素 2011年拉斯克奖日前揭晓，中国科学家年拉斯克奖日前揭晓，中国科学家屠呦呦屠呦呦获得其中的临床医学奖。获得其中的临床医学奖。获奖理由是获奖理由是“因为发现青蒿素因为发现青蒿素一种一种用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命。是发展中国家的数百万人的生命。”天然生物活性物质作为先导物天然生物活性物质

4、作为先导物NNOOOOHHONNOOOOHHON(CH3)2羟基喜树碱羟基喜树碱:水溶性较差，毒性大水溶性较差，毒性大喜树喜树Camptotheca acuminata羟基喜树碱羟基喜树碱Hydroxycamptothecin托泊替康（抗肿瘤药）托泊替康（抗肿瘤药）Topotecan果实、叶果实、叶 托泊替康托泊替康天然生物活性物质作为先导物天然生物活性物质作为先导物紫杉醇紫杉醇紫杉醇紫杉醇Taxol红豆杉红豆杉Taxus紫杉特尔紫杉特尔Taxotere（抗肿瘤药）（抗肿瘤药）OAcOHOOCOC6H5OHOAcOOOHNOHOOAcOHOOCOC6H5OHOHOOOHNOHOO根、枝叶以及树

5、皮根、枝叶以及树皮 紫杉特尔紫杉特尔天然生物活性物质作为先导物天然生物活性物质作为先导物南美洲古柯南美洲古柯Erythroxylum coca Lam可卡因可卡因Cocaine普鲁卡因普鲁卡因Procaine（局麻药）（局麻药）NOOOOHH2NOON可卡因可卡因普鲁卡因普鲁卡因叶叶 Lead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组

6、合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物 以生物大分子或复合物为靶点以生物大分子或复合物为靶点u酶：酶抑制剂酶：酶抑制剂u受体：激动剂、拮抗剂受体：激动剂、拮抗剂u离子通道：阻断剂、开放剂离子通道：阻断剂、开放剂u核酸：反义药物核酸：反义药物从内源性活性物质；酶反应过程（底物、过渡态、从内源性活性物质；酶反应过程（底物、过渡态、产物）；与受体作用过程（配体、激动剂、拮抗产物）；与受体作用过程（配体、激动剂、拮抗

7、剂）；生化级联反应过程等出发剂）；生化级联反应过程等出发H2受体拮抗剂类抗溃疡药受体拮抗剂类抗溃疡药选定靶点组胺选定靶点组胺H2受体，胃壁细胞中存在刺激胃受体，胃壁细胞中存在刺激胃酸分泌的组胺酸分泌的组胺H2受体受体 确立研发目标抑制胃酸分泌药物，得到拮抗确立研发目标抑制胃酸分泌药物，得到拮抗H2受体的抗胃溃疡新药受体的抗胃溃疡新药建立动物筛选模型麻醉兔灌胃建立动物筛选模型麻醉兔灌胃从从H2受体天然激动剂组胺入手，以其为先导结受体天然激动剂组胺入手，以其为先导结构，保留咪唑环，改变侧链，开始优化构，保留咪唑环，改变侧链，开始优化发现发现组胺的作用组胺的作用u在在2020世纪世纪4040年代，发

8、现年代，发现u涉及变态反应，损伤和胃分泌的生理调节涉及变态反应，损伤和胃分泌的生理调节 NNNH2H抗组胺药物抗组胺药物有效地减弱组胺的许多反应有效地减弱组胺的许多反应 u抗过敏疾病抗过敏疾病 u(现在把这批抗组胺药叫作现在把这批抗组胺药叫作H H1 1受体拮抗剂受体拮抗剂)但不能拮抗胃部组胺对但不能拮抗胃部组胺对胃酸分泌胃酸分泌的促进作用的促进作用 ONHCl.苯海拉明H H1 1和和H H2 2受体受体人们猜想：人们猜想：u存在组胺受体的存在组胺受体的两个亚型两个亚型 H H2 2受体受体u可能在胃壁细胞存在可能在胃壁细胞存在u与胃酸分泌有关与胃酸分泌有关NNNH2H开始研究开始研究H H

9、2 2受体拮抗剂受体拮抗剂19641964年，以药物学家年，以药物学家BlackBlack博博士为首的研究小组，开始士为首的研究小组，开始 H H2 2受体拮抗剂的研究工作受体拮抗剂的研究工作要得到抑制胃酸分泌的药物要得到抑制胃酸分泌的药物u抗胃溃疡抗胃溃疡组胺的结构改造组胺的结构改造 从组胺的结构改造出发从组胺的结构改造出发u因因H H1 1受体拮抗剂受体拮抗剂 无无 抑制胃酸分泌的作用抑制胃酸分泌的作用NNNH2H不变部分不变部分改变部分改变部分NHNNH3+NHNNH3+NHNNH3+NHNNH3+发现微弱作用的拮抗剂发现微弱作用的拮抗剂四年研究四年研究200200多个组胺衍生物多个组胺

10、衍生物 发现发现N N-胍基组胺胍基组胺有抗有抗H H2 2受体作用受体作用证实了设想证实了设想NHNNHNH2NH第一个第一个H H2 2受体拮抗剂受体拮抗剂侧链增长为侧链增长为四碳原子四碳原子链端换为碱性较弱的链端换为碱性较弱的甲基硫脲甲基硫脲，得到，得到咪丁硫脲咪丁硫脲 u拮抗作用较拮抗作用较N N-胍基组胺强胍基组胺强100100倍，且选择性好倍，且选择性好 u口服无效口服无效 NNHNNSHH动态构效分析方法动态构效分析方法+NNHRHNNR1,4 isomer 1,5 isomerHNNHRCationH+H+咪丁硫脲的构效分析咪丁硫脲的构效分析组胺组胺 u11，44互变异构体（近

11、互变异构体（近80%80%）u阳离子只占少部分（约阳离子只占少部分（约3%3%）咪丁硫脲咪丁硫脲 u阳离子阳离子(分子数为分子数为40%)40%)u11，44互变异构体最少互变异构体最少 NHNNHNHSNNNH2H 两者占优势的质点各不相同两者占优势的质点各不相同研究方向研究方向假设假设：u如果拮抗剂的优势质点如果拮抗剂的优势质点 与组胺的相同，则拮抗与组胺的相同，则拮抗作用可能增强作用可能增强 u11，44互变异构体为组胺的优势质点互变异构体为组胺的优势质点 明确研究方向明确研究方向 u通过基的变化，增加通过基的变化，增加11，44互变异构体的量互变异构体的量 NNHRNHNNHNHSHN

12、NHSNNSH得到甲硫咪脲得到甲硫咪脲侧链侧链 次甲基次甲基 换成换成硫原子硫原子u形成吸电子的含硫四原子链形成吸电子的含硫四原子链 环的环的5 5 位接上的位接上的甲基甲基u使环上电子云密度增加使环上电子云密度增加NHNNHNHS甲硫咪脲甲硫咪脲咪丁硫脲咪丁硫脲甲硫咪脲证实了设想甲硫咪脲证实了设想生理生理pHpH下，下，甲硫咪脲的甲硫咪脲的11，44异构体占优势异构体占优势u体外试验：拮抗活性比咪丁硫脲强体外试验：拮抗活性比咪丁硫脲强8-98-9倍倍 u体内试验：对抗组胺或五肽内泌素引起的胃酸分体内试验：对抗组胺或五肽内泌素引起的胃酸分泌作用，强泌作用，强 5 5倍倍 活性和安全性活性和安全

13、性 都达到临床试验的要求都达到临床试验的要求HNNHSNNSH甲硫咪脲被枪毙甲硫咪脲被枪毙在初步的临床研究中，观察到在初步的临床研究中，观察到u肾损伤和粒细胞缺乏症肾损伤和粒细胞缺乏症试验被迫终止试验被迫终止HNNHSNNSH研究功亏一篑研究功亏一篑“我们接到公司的电话，说甲硫咪脲遭到禁用。之我们接到公司的电话，说甲硫咪脲遭到禁用。之后，我们不得不牵着手过河，因为生怕有人会跳河，后，我们不得不牵着手过河，因为生怕有人会跳河，每个人都沮丧得不得了。每个人都沮丧得不得了。”得到西咪替丁得到西咪替丁用电子等排体用电子等排体胍的取代物胍的取代物替换硫脲基替换硫脲基在胍的亚氨基氮上引入在胍的亚氨基氮上引

14、入氰基氰基u减少碱性减少碱性西咪替丁的活性，临床作用和副作用都符合西咪替丁的活性，临床作用和副作用都符合临床要求临床要求NNHSNNNNHHHNNHSNNSH甲硫咪脲甲硫咪脲西咪替丁西咪替丁西咪替丁上市西咪替丁上市第一个第一个H H2 2受体拮抗剂药物受体拮抗剂药物 19761976年在英国率先上市年在英国率先上市 NNHSNNNNHH1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978西咪替丁CimetidineI 期临床英国上市美国上市项目启动第一个先导化合物咪丁硫脲Burimamide甲硫咪脲Metiamide项目负责人的感受项目负责人的感受“最好的研究都是那些

15、能真正高度投入的人所完最好的研究都是那些能真正高度投入的人所完成的。这些人会非常努力地想得到一个结果，如果你成的。这些人会非常努力地想得到一个结果，如果你提出反面意见，他们会拼了老命跟你辩到底。提出反面意见，他们会拼了老命跟你辩到底。”派杰派杰 （西咪替丁研究负责人）（西咪替丁研究负责人）西咪替丁在治疗上的成功西咪替丁在治疗上的成功改变改变 传统用抗酸剂和手术的胃溃疡的治疗方法传统用抗酸剂和手术的胃溃疡的治疗方法 胃溃疡治疗上的胃溃疡治疗上的“泰胃美泰胃美”革命革命 西咪替丁在商业上的成功西咪替丁在商业上的成功上市时上市时 20 20美元美元100100粒粒药学史上第一个每年的销售额超过十亿美

16、元的药物药学史上第一个每年的销售额超过十亿美元的药物19881988年的诺贝尔生理医学奖年的诺贝尔生理医学奖诺贝尔奖摘录诺贝尔奖摘录However,the research work carried out by Black,Elion and Hitchings has had a more fundamental significance.While drug development had earlier mainly been built on chemical modification of natural products,they introduced a more ration

17、al approach based on the understanding of basic biochemical and physiological processes.传统的筛选方法传统的筛选方法西咪替丁可能的原子组西咪替丁可能的原子组合达三百亿种！合达三百亿种！如全部合成，需一千八如全部合成，需一千八百万化学家工作四年百万化学家工作四年合理药物设计合理药物设计Rational Drug DesignRational Drug Design在生理病理知识基础上提出相对合理的假说，来设在生理病理知识基础上提出相对合理的假说，来设计药物的化学结构计药物的化学结构 药物和靶药物和靶雷尼替丁的

18、发现雷尼替丁的发现GlaxoGlaxo公司亦步亦趋的追踪西咪替丁的研究公司亦步亦趋的追踪西咪替丁的研究开发公司的开发公司的 me-toome-too H H2 2受体拮抗剂药物受体拮抗剂药物 开始时研究四唑衍生物，未能成功开始时研究四唑衍生物，未能成功 NNNNNNSNH2HHAH15475雷尼替丁的发现雷尼替丁的发现选择选择呋喃环呋喃环，并用环外的，并用环外的二甲氨基二甲氨基以使其有类似咪以使其有类似咪唑环的碱性唑环的碱性终于得到了成功终于得到了成功 NNSNNNHHHOSNNNO2NHH雷尼替丁雷尼替丁西咪替丁西咪替丁OSNNSHHAH18166雷尼替丁的发现雷尼替丁的发现为什么用呋喃环作

19、母体？为什么用呋喃环作母体？估计与主研人员的个人经验有关估计与主研人员的个人经验有关 u博士工作为呋喃衍生物的研究博士工作为呋喃衍生物的研究 其它其它H H2 2受体拮抗剂受体拮抗剂NSONH2NH2ONSSNNH2H2NNHNOONSNSNH法莫替丁Famotidine尼扎替丁NizatidineH H2 2受体拮抗剂的构效关系受体拮抗剂的构效关系NNHSNNNNHHNHNOONSNSNHNSONH2NH2ONSSNNH2H2NNOSHNNHNOO脒脲基团脒脲基团芳环部分芳环部分四原子链四原子链5 5羟色胺受体激动剂羟色胺受体激动剂NHCH2CH2NR1R2RNHCH2CH2N(CH3)2H

20、3CNHSO2CH2脑内脑内5-HT水平降水平降低会引起偏头痛低会引起偏头痛变换结构以提高对变换结构以提高对5-HT1受体选择性受体选择性激动活性激动活性5-HT1激动剂舒马普激动剂舒马普坦（坦（Sumatriptan）用于治疗偏头痛用于治疗偏头痛NHCH2CH2NH2HOLead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法

21、产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物药物对机体有多种药理作用药物对机体有多种药理作用 用于治疗的称用于治疗的称治疗作用治疗作用 其他的作用通常称为其他的作用通常称为毒副作用毒副作用在某些情况下，一药物的毒副作用可能对另一种疾病有治疗作在某些情况下，一药物的毒副作用可能对另一种疾病有治疗作用。用。可从已知药物的毒副作用出发找到新药可从已知药物的毒副作用出发找到新药 或或将毒副作用与治疗作用分开而获得新药将毒副作用与治疗作用分开而获得新药基于临床副作用观察产生的先导基于临床

22、副作用观察产生的先导物物例如吩噻嗪类例如吩噻嗪类抗精神失常药氯丙嗪抗精神失常药氯丙嗪及其类似物，及其类似物，是由结构类似的是由结构类似的抗组胺药异丙嗪抗组胺药异丙嗪的镇静副作用发的镇静副作用发展而来的。展而来的。异丙嗪 Promethazine氯丙嗪 Chlorpromazine NSClNNNSLead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法

23、产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物药物通过药物通过体内代谢体内代谢过程，过程，可能被可能被活化活化，也可能被，也可能被失活失活，甚至转化成有毒，甚至转化成有毒的化合物。的化合物。采用这类先导物，采用这类先导物，得到得到优秀的药物优秀的药物的可能性较的可能性较大，甚至直接得到比原大，甚至直接得到比原来药物更好的药物。来药物更好的药物。NRNNR丙米嗪R=-CH3去甲丙米嗪R=-H阿米替林R=-CH3去甲

24、阿米替林R=-Hu例如，例如，抗抑郁药丙咪嗪和阿米替林抗抑郁药丙咪嗪和阿米替林的的代谢物代谢物去甲丙咪嗪和去甲阿米替林去甲丙咪嗪和去甲阿米替林，抗抑郁作用比原，抗抑郁作用比原药强，且有副作用小、生效快的优点。药强，且有副作用小、生效快的优点。保泰松的代谢活化保泰松的代谢活化NNOOCH2CH2CH2CH3保泰松 PhenylbutazoneNNOOCH2CH2CH2CH3OH羟布宗 Oxyphenbutazone促尿酸排泄NNOOCH2CH2CHCH3OHNNOOCH2CH2SO磺吡酮 Sulfinpyrazone（抗痛风药）（抗炎药）（抗炎药）（抗炎药）（抗炎药）Lead discovery

25、1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物联苯双酯联苯双酯BifendateBifendate我国创制的肝炎治疗的降酶药物我国创制的肝炎治疗的降酶药物OOOOOOOOOO发现发现现代

26、药学方法现代药学方法研究中药五味子的基础研究中药五味子的基础上得到上得到治疗肝炎的药物治疗肝炎的药物工程院士五味子五味子五味子蜜丸和粉剂五味子蜜丸和粉剂中医常用的滋补强壮药中医常用的滋补强壮药 在在2020世纪世纪7070年代初，发现年代初，发现u五味子蜜丸和粉剂五味子蜜丸和粉剂 有降低病毒性肝炎病人血清谷丙转氨酶有降低病毒性肝炎病人血清谷丙转氨酶（SGPTSGPT）的作用）的作用 能改善患者的症状能改善患者的症状 “五仁醇五仁醇”水煎剂无效水煎剂无效 果仁的酒精提取物有降谷丙转氨酶的作用，其他部果仁的酒精提取物有降谷丙转氨酶的作用，其他部分均无效分均无效 “五仁醇五仁醇”片剂上市片剂上市 u

27、五味子仁的乙醇提取物制成五味子仁的乙醇提取物制成u用于临床治疗慢性肝炎用于临床治疗慢性肝炎u确有降谷丙转氨酶的作用确有降谷丙转氨酶的作用 寻找五味子的有效成分寻找五味子的有效成分五味子乙醇提取物中分离到五味子乙醇提取物中分离到七种单体成分七种单体成分均为均为木脂素类似物木脂素类似物OOOOOO甲素甲素OOOOOO乙素乙素OOOOOO丙丙素素OOOOOOOH醇甲醇甲五味子的有效成分五味子的有效成分五味子甲素无效五味子甲素无效其它都能使四氯化碳引起的小鼠高谷丙转氨酶降低其它都能使四氯化碳引起的小鼠高谷丙转氨酶降低 五味子乙素五味子乙素含量最高含量最高 OOOOOO有效成分有效成分-先导化合物先导化

28、合物7 7例慢性肝炎的试验，疗效较好例慢性肝炎的试验，疗效较好 为开发合成新的抗肝炎药物提供了先导化合物为开发合成新的抗肝炎药物提供了先导化合物 OOOOOO五味子丙素五味子丙素在七种单体中，在七种单体中，五味子丙素五味子丙素为新分离出的单体，有为新分离出的单体，有较好的降谷丙转氨酶作用较好的降谷丙转氨酶作用含量仅占含量仅占0.08%0.08%OOOOOO五味子丙素的全合成五味子丙素的全合成为确证其化学结构为确证其化学结构u确证了五味子丙素的结构为五味子丙素确证了五味子丙素的结构为五味子丙素体体u不是最初认定的结构不是最初认定的结构 后命名为五味子丙素后命名为五味子丙素体的结构体的结构 进行药

29、理研究进行药理研究 OOOOOOOOOOOOOOOOOO五味子乙素 五味子丙素 体 五味子丙素 体初步的药理研究初步的药理研究五味子丙素的五味子丙素的全合成难度大全合成难度大，不能提供样品作药理，不能提供样品作药理研究（研究（1010步）步）把全合成中得到的把全合成中得到的中间体和类似物中间体和类似物共共3131个，进行初个，进行初步的药理研究步的药理研究 OOOOOO药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物OOOOCH3OCH3O五味子丙素 Schizandrine COCH3OCH3OOOOCOOCH3COOCH3OOCH3OCH3OOOCOOCH3COOCH3OCH3OCH3

30、OOOO联苯双酯 Bifendate体体体体次甲二氧基与降酶作用有关次甲二氧基与降酶作用有关有有1616个化合物表现出肯定的降酶活性个化合物表现出肯定的降酶活性u苯环上有苯环上有次甲二氧基次甲二氧基的有效物质占的有效物质占1515个个 OOOOOO进一步的研究进一步的研究选择五味子丙素选择五味子丙素体的中间体体的中间体联苯双酯联苯双酯及二苯及二苯乙烯作了进一步的研究乙烯作了进一步的研究u通过临床比较，通过临床比较，放弃了二苯乙烯放弃了二苯乙烯OOOOOOOOOO得到新药得到新药联苯双酯联苯双酯，发展为，发展为保肝药物保肝药物u化学结构较简单，合成易，利于生产，几无毒性化学结构较简单，合成易，利

31、于生产，几无毒性u尽管生物活性不是最高尽管生物活性不是最高 于八十年代初在我国上市，供临床使用于八十年代初在我国上市，供临床使用 OOOOOOOOOO研究开发历程研究开发历程197019751980198519901995载入中国药典载入中国药典开始研究五味子开始研究五味子临床试用临床试用合成联苯双酯并发现合成联苯双酯并发现该化合物的保肝作用该化合物的保肝作用研制滴丸成功研制滴丸成功上市上市Lead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物

32、基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物组合化学（组合化学（Combinatorial chemistry）的方法产生先导物的方法产生先导物在上世纪八十年代初，科学家提出一种新药研究的新在上世纪八十年代初，科学家提出一种新药研究的新思路，即对含有数十万乃至数百万个化合物的化学品思路，即对含有数十万乃至数百万个化合物的化学品库进行同步的合成和筛选，这一方法现

33、叫做库进行同步的合成和筛选，这一方法现叫做组合化学组合化学(Combinational Chemistry)。组合化学化合物库的构建是将一些基本小分子如氨基组合化学化合物库的构建是将一些基本小分子如氨基酸、核苷酸、单糖等通过化学或生物合成的手段装配酸、核苷酸、单糖等通过化学或生物合成的手段装配成不同的组合，由此得到大量具有结构多样性的化合成不同的组合，由此得到大量具有结构多样性的化合物分子。物分子。组合化学组合化学（Combinatorial Chemistry）传统化学合成传统化学合成组合化学合成组合化学合成苯并二氮卓类化合物组合化学合成苯并二氮卓类化合物组合化学合成ONH2R1R2OOHN

34、OFmocNHFOR3ONHR1R2OOHNONHFmocR3OHNR1R2OOHNONOR3NR1R2OOHNONOR3LiNOBnTHFR4X-78R4TFA H2O Me2SNR1R2OHNOR3R4Lead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结

35、构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物基于生物大分子结构基于生物大分子结构和作用机理设计先导物和作用机理设计先导物 合理药物设计（合理药物设计（Rational drug design）合理药物设计合理药物设计是依据生命科学研究中所揭示的包括是依据生命科学研究中所揭示的包括酶、受体、离子通道、核酸等潜在的药物作用酶、受体、离子通道、核酸等潜在的药物作用靶点靶点，再参考其再参考其内源性配基或天然底物内源性配基或天然底物的化学结构特征来的化学结构特征来量体裁衣的设计药物分子量体裁衣的设计药物分子，以发现选择性作用于靶，以发现选择性作用于靶点的

36、新药，这样设计出来的药物往往具有活性强、点的新药，这样设计出来的药物往往具有活性强、选择性高和副作用小等特点。选择性高和副作用小等特点。Structure-based drug designMechanism-based drug designStructure-based drug designu了解生物大分子（受体）的三维结构，特别是了解生物大分子（受体）的三维结构，特别是与配体分子形成的复合物的三维结构，是前提与配体分子形成的复合物的三维结构，是前提u大分子与小分子的结合模式是基础大分子与小分子的结合模式是基础u多种方法并用多种方法并用 数据库搜寻数据库搜寻 分子碎片连接分子碎片连接 从

37、头构建从头构建Mechanism-based drug designGABA转氨酶抑制剂氨己烯酸（转氨酶抑制剂氨己烯酸（Vigabatrin）蛋白酶的过渡态类似物抑制剂蛋白酶的过渡态类似物抑制剂GABA aminotransferase inhibitor-Vigabatrin（氨己烯酸，抗癫痫药）氨己烯酸，抗癫痫药）-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)是哺乳动物中枢神经系统内的是哺乳动物中枢神经系统内的主要抑制性递质。主要抑制性递质。GABA的降解主要由的降解主要由GABA转转氨酶氨酶(GABA-T)催化，脱氨基生成催化，脱氨基生成琥珀酸半醛琥珀酸半醛，再，再经经琥珀酸半醛脱氢酶琥珀酸半醛脱氢酶(

38、SSADH)催化生成催化生成琥珀酸琥珀酸，进入三羧酸循环。进入三羧酸循环。H2NOHO-氨基丁酸(GABA)-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)的降解的降解H2NCOOHCOOHH2NCOOHCOOHHOHOOCCOOHL-Glutamic acidL-glutamic acid decarboxylase Aminobutyric acid(GABA)GABA aminotransferase(GABA-T)Succinic semialdehyde(SSA)SSA dehydrogenase(SSADH)Succinic acid-氨基丁酸氨基丁酸琥珀酸半醛琥珀酸半醛琥珀酸半醛脱氢酶琥珀酸半醛脱

39、氢酶琥珀酸琥珀酸GABA转氨酶转氨酶L-谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶增加脑内增加脑内-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)浓度浓度可以提高可以提高GABA能系统的神经抑制作用，进而可用于治疗多种神经能系统的神经抑制作用，进而可用于治疗多种神经系 统 疾 病 如 癫 痫系 统 疾 病 如 癫 痫/帕 金 森 病帕 金 森 病/亨 廷 顿 舞 蹈 症亨 廷 顿 舞 蹈 症/Alzheimer病等，最近发现增加脑内病等，最近发现增加脑内GABA浓度还浓度还有阻断药物依赖的作用。有阻断药物依赖的作用。一种增加一种增加GABA浓度的方法是浓度的方法是设计可通过血脑屏障设计可通过血脑屏障并选择性抑制并

40、选择性抑制GABA转氨酶转氨酶(GABA-T)的化合物的化合物。因此因此GABA转氨酶转氨酶(GABA-T)已经被确认为中枢神已经被确认为中枢神经系统药物的经系统药物的靶点靶点。氨己烯酸氨己烯酸为为-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)类似物类似物，具有抗癫痫作，具有抗癫痫作用，其作用机制为，用，其作用机制为，不可逆地抑制不可逆地抑制GABA转氨酶转氨酶(GABA-T)，提高脑内，提高脑内GABA浓度而发挥作用。临床研浓度而发挥作用。临床研究结果表明，氨已烯酸为治疗严重癫痫患儿有效而安究结果表明，氨已烯酸为治疗严重癫痫患儿有效而安全的一种抗癫痫药，并对智力障碍的癫痫患者亦有效。全的一种抗癫痫药，并对智

41、力障碍的癫痫患者亦有效。H2NOHOH2NOHO-氨基丁酸(GABA)氨己烯酸（Vigabatrin,抗癫痫药）Lead discovery1.天然生物活性物质天然生物活性物质2.以生物化学为基础发现先导物以生物化学为基础发现先导物3.基于临床副作用观察产生先导物基于临床副作用观察产生先导物4.基于生物转化发现先导物基于生物转化发现先导物5.药物合成的中间体作为先导物药物合成的中间体作为先导物6.组合化学的方法产生先导物组合化学的方法产生先导物7.基于生物大分子结构和作用机理设计先导物基于生物大分子结构和作用机理设计先导物8.反义核苷酸反义核苷酸9.幸运及筛选发现的先导物幸运及筛选发现的先导物

42、反义技术反义技术作为分子生物学的新型抗基因技术，目前不仅作为分子生物学的新型抗基因技术，目前不仅广泛应用于生理学、病理学、药理学的基础研究，而且广泛应用于生理学、病理学、药理学的基础研究，而且已成为药物发展的新兴策略。利用这一技术开发的药物已成为药物发展的新兴策略。利用这一技术开发的药物称为称为反义药物反义药物，通常是指，通常是指反义寡核苷酸反义寡核苷酸，即人工合成的，即人工合成的DNA或或RNA单链片段。专门设计的反义寡核苷酸能与单链片段。专门设计的反义寡核苷酸能与特异特异mRNA的特定序列相杂交，在基因水平阻止致病蛋的特定序列相杂交，在基因水平阻止致病蛋白质的产生，从而发挥治疗作用。白质的

43、产生，从而发挥治疗作用。与传统药物相比，反义药物具有与传统药物相比，反义药物具有更高的特异性更高的特异性、更优的更优的疗效疗效和和更低的毒性更低的毒性。因此，反义药物越来越成为人们研。因此，反义药物越来越成为人们研究和开发的热点。究和开发的热点。反义核苷酸反义核苷酸Antisense oligonucleotides能够与能够与DNA或信使或信使RNA发生特异性结合，分发生特异性结合，分别阻断核酸的转录或翻译功能，阻止与病理过别阻断核酸的转录或翻译功能，阻止与病理过程相关的核酸或蛋白质的生物合成。这种可与程相关的核酸或蛋白质的生物合成。这种可与DNA或信使或信使RNA结合的互补链称作结合的互补

44、链称作反义寡核反义寡核苷酸苷酸。所以认为这类药物从根本上干预了遗传信息的所以认为这类药物从根本上干预了遗传信息的复制，转录或翻译，理论上应为复制，转录或翻译，理论上应为治本药物治本药物。反义核苷酸反义核苷酸Antisense oligonucleotides反义核苷酸主要用于反义核苷酸主要用于基因治疗基因治疗，如由基因组的，如由基因组的缺陷或在转录或翻译过程中的失常而发生的疾缺陷或在转录或翻译过程中的失常而发生的疾病，如癌症、病毒性疾病及遗传性疾病。病，如癌症、病毒性疾病及遗传性疾病。碱基配对碱基配对是反义核酸作用的基础。是反义核酸作用的基础。G T T C T A G G T A C A T

45、 G A CA G A T C C A T G T A C T GmRNA反义核酸反义核酸反义核苷酸反义核苷酸Antisense oligonucleotides反义寡核苷酸的分子大小是设计的重要环节反义寡核苷酸的分子大小是设计的重要环节u1225范围，范围，1520较佳较佳反义核苷酸的类似物反义核苷酸的类似物u局部修饰局部修饰（碱基杂环、硫代、甲基磷酸酯等）（碱基杂环、硫代、甲基磷酸酯等）u骨架类似物骨架类似物（肽核酸等）（肽核酸等）局部修饰局部修饰（碱基杂环、硫代、（碱基杂环、硫代、甲基磷酸酯等）甲基磷酸酯等）OOPOXOOXOPOOOOO碱基碱基碱基RNNNNH2NNNNNH2NH2NN

46、NOSO4,SiO2(烷基),CH2COO,CONH,CH2CH2SCH2构型聚赖氨酸或羧甲基右旋糖结合物天然碱基A，G，C，TX=O:天然磷酸二酯X=CH3:甲基磷酸酯X=O烷基:磷酸三酯X=S:硫磷酯X=烷基磷酰胺酯(胺伯胺，二烷胺，吡咯烷，哌啶或哌嗪)骨架类似物骨架类似物肽核酸肽核酸 Peptide Nucleic Acids(PNA)1991年丹麦年丹麦Nielsen发现发现肽核酸肽核酸(PNA)是一类以是一类以多肽骨架多肽骨架取代糖磷酸取代糖磷酸主链的主链的DNA类似物类似物，能特异性、高亲和力，能特异性、高亲和力的与单、双股的与单、双股DNA和和RNA结合，形成用途结合，形成用途广

47、泛的二聚体和三聚体。广泛的二聚体和三聚体。PNA以化学性质与核糖磷酸结构完全不同的以化学性质与核糖磷酸结构完全不同的（2-氨基乙氨基乙基）甘氨酸基）甘氨酸结构单元作为骨架，碱基部分通过结构单元作为骨架，碱基部分通过亚甲基羰亚甲基羰基基连接于主骨架。连接于主骨架。PNA在结构上在结构上很好的模拟了很好的模拟了DNA，碱，碱基与骨架间隔基与骨架间隔3个键，相邻碱基间隔个键，相邻碱基间隔6个键，空间大小与个键，空间大小与天然核酸相近，加上结构上其它一些特性，使得天然核酸相近，加上结构上其它一些特性，使得PNA保保持了对核酸的特异性识别能力。持了对核酸的特异性识别能力。肽核酸的特点肽核酸的特点将核酸分

48、子中带电荷的磷酸戊糖骨架置换成电中性、将核酸分子中带电荷的磷酸戊糖骨架置换成电中性、非手性、类似多肽的骨架，整个分子不带电荷，这非手性、类似多肽的骨架，整个分子不带电荷，这样就样就避免了与核酸杂交时的静电排斥避免了与核酸杂交时的静电排斥。结构不同于核酸又区别于多肽，结构不同于核酸又区别于多肽，生物稳定性极高生物稳定性极高，不易被核酸酶、多肽酶及蛋白酶降解。不易被核酸酶、多肽酶及蛋白酶降解。具有相当高的具有相当高的热稳定性热稳定性以及独特的耐离子强度变化以及独特的耐离子强度变化性质。性质。根据根据PNA的代谢稳定性，主要将其用于抑制基因表的代谢稳定性，主要将其用于抑制基因表达的反义药物研究领域，

49、国外几家制药及生物技术达的反义药物研究领域，国外几家制药及生物技术公司，公司，ISIS、PE等公司均投入大量精力从事开发研等公司均投入大量精力从事开发研究。究。第一个反义药物第一个反义药物福米韦生福米韦生Fomivirsen福米韦生福米韦生(fomivirsen)是是FDA批准上市的批准上市的第一个反第一个反义药物义药物，由，由21个硫代脱氧核苷酸组成，核苷酸序列个硫代脱氧核苷酸组成，核苷酸序列为为5-GCGTTTGCTCTTCTTCTTGCG-3。lowercase,deoxyribose(DNA);s,phosphorothioate linkage通过与人类巨细胞病毒通过与人类巨细胞病毒

50、(CMV)mRNA互补碱基系列互补碱基系列相结合，产生反义抑制相结合，产生反义抑制，从而抑制，从而抑制CMV的复制，的复制，发挥特异而强大的抗病毒作用。发挥特异而强大的抗病毒作用。用于局部治疗艾滋病用于局部治疗艾滋病(AIDS)病人并发的病人并发的CMV视网视网膜炎。疗效维持久，给药次数少，不良反应轻。对膜炎。疗效维持久，给药次数少，不良反应轻。对CMV不产生耐药性。不产生耐药性。福米韦生作为第一个批准上市的反义药物，其意义福米韦生作为第一个批准上市的反义药物，其意义不仅仅为传统概念上的新药上市，更深远的是不仅仅为传统概念上的新药上市，更深远的是反义反义技术作为药物发展的新兴策略已结出果实技术