什么是基于表型的化合物筛选技术

寻找出能够有效安全、并治疗人类疾病的药物是药物研发的主要目的,纵观药物发现的历史,从大量不同化学结构的化合物中筛选出具有较高临床药用潜力的化合物,并进行先导化合物优化,将会大大加速药物研发进程。表型药物筛选是基于生物体表型改变的药物筛选方法,生物表型又称为生物表现型,是特定基因或者基因群在环境作用下所表现出来的性状。

在分子生物学时代以前,传统表型筛选是新药发现的标准手段,主要是在动物疾病模型上筛选能够改变表型的化合物,然后再深入研究化合物发挥药理作用的靶点和作用机制。后来又出现了基于细胞的现代表型筛选技术,主要是进行能造成细胞产生期望的生理变化的化合物筛选,有助于新蛋白和新靶点的发现。美迪西可以为客户提供涵盖各种靶标和疾病领域的药物研发服务,包括从活性化合物发现,靶标验证,先导化合物优化到临床前候选药物的选择。

1、基于表型的化合物筛选技术的发展历程

(1)传统表型的化合物筛选方式

在20世纪初,随着合成和药物化学的发展,基于新杆状线虫、斑马鱼、黑腹果蝇和小鼠等模式动物的表型筛选成为了药理学研究的重要内容而得到了迅速发展,促进了新药发现和开发。传统表型筛选主要是基于动物的表型进行化合物筛选的过程,可以使用代表不同疾病状态的多种动物模型来评价候选物的可能治疗效果。

如新杆状线虫整体生物筛选模型可以用于抗感染药物的筛选。斑马鱼也是一种常用的模式动物,可用于药物开发的多个阶段,如靶点确认(基因功能研究),高通量药效与安全性筛选,先导化合物优化,药物毒性与安全性评价,老药新用(临床新适应症开发)、基础研究、环境监测与化学品风险评估等。果蝇作为模式生物已广泛应用于衰老、神经退行性疾病、失眠、肿瘤、肥胖和心血管疾病等研究领域。大鼠、小鼠可以用于免疫学、遗传学、药效学、毒理学、药代动力学等研究。以外还有其他的模式动物,在此不一一描述。

(2)现代表型的化合物筛选方式

传统表型药物筛选是在动物疾病模型上筛选能够改变表型的化合物,再深入探索化合物发挥药理作用的靶点及作用机制。20世纪50~60年代,由于对酶和酶动力学研究的不断深入,基于细胞或器官的表型筛选得到了迅速的发展。近年来,表型药物筛选重新受到广泛重视,并被赋予了新的内涵,形成了现代表型药物筛选。

现代表型药物筛选可涉及更多、更复杂的生理和病理过程,研究内容深入到细胞水平,通过细胞水平的表型变化来发现新型药物。通过细胞水平的表型变化发现新药,过程中涉及到细胞活力检测、细胞毒评价、信号通路分析等。

2、传统表型筛选和现代表型筛选方式的比较

(1)人类机体的复杂体系可以使用整体动物模型来模拟,基于细胞的体系无法充分模拟人类疾病的过程。

(2)传统表型筛选方法可以更多用于评估已经批准药物或者后期候选药物的重新定位。

(3)现代表型筛选可以用于大量小分子化合物的筛选,而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。

(4)基于细胞的表型筛选在保持合理的实验效率的同时,还体现了疾病相关生物途径及其相互作用的系统特征。因此细胞的表型筛选,特别是最近发展的针对细胞特定功能的生物途径的筛选策略将成为有前景及重要的药物筛选途径。

总之,基于表型的化合物筛选技术是通过测试化合物对复杂生物体系及相关特异性靶分子或者信号通路的改变,来发现改变生物表型的药物,是发现作用于新靶标的新化合物的有效途径。使用基于表型的化合物筛选技术,不仅有助于提高早期药物发现的概率,还可以提高晚期药物开发的成功率。对于一些病因不明确、缺乏有效治疗药物的罕见病的药物,以及新颖药物靶点的发现,使用现代表型筛选技术将会更有意义。目前,有些研究统计结果表明,通过现代表型筛选方法发现的药物数量已经超过了基于分子靶点发现的数量,因此现代表型筛选将成为具有远大发展前景的药物发现途径。