蛋白质组学与药物研究中的关系.doc

蛋白质组学与药物研究中的关系 本世纪初Nature和Science杂志分别公布了人类基因组的全部序列。这是“人类基因组计划”进展的一个划时代的里程碑，标志着一个新的纪元后基因组时代的到来，生命科学的研究重心已开始从揭示生命的所有遗传信息转移到对其功能的研究。因此，蛋白质组学的地位被提到了前所未有的高度。 蛋白质组(proteome)一词的含义为一个基因组、一种生物或一种细胞组织在某一特定环境下某一时刻所表达的全套蛋白质。当今新药研究所面临的重点和难点是如何加快新药发现的速度，蛋白质组学作为一个全新的领域已经吸引了众多医药公司和专业化公司的广泛兴趣和大量投资，已在药物靶点的探测、分子药理筛选模型的建立、药物毒性评价等方面获得了惊人的成果。（万方数据陈晓红张卫东李时悦李德容孙宝清蛋白质组学与药物研究第一二段 广州医学院学报第34卷第5期2006年10月）而且 随着科学技术的发展，生命科学研究进入了后基因组时代，研究者们越来越意识到，仅仅完成基因组的测序并不足以阐明生物的功能，研究重点逐渐由获取基因序列信息转向研究基因的功能。蛋白质是生物功能的主要体现者，它通过其自身特有的活动，例如修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等，控制和调节着诸多的生命活动。蛋白质组是指某一物种、个体、器官、组织或者细胞基因组的全部蛋白质产物的表达谱，或称一种细胞内存在的全部蛋白质。蛋白质组学(proteomies)是指研究蛋白质组的科学，本质上是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。近年来，蛋白质组学有了长足的发展，技术已经趋于成熟，并广泛应用于各个领域，其中在药物的靶点确认、药物作用机制研究等方面发挥出了其极大的技术优势，明显提高了药物发现的效率。 蛋白质组学技术已经应用于药物研究的各个阶段，其技术路线如Fig 1所示。（赵欣2，蒲小平12蛋白质组学在药物研究中的应用988 中国药理学通报Chinese Pharmacologicul Bulletin 2009 Aug；25(8)：9889l） 由图可以看出蛋白质组学技术已渗透到药物研究的各个方面：首先是药物靶点的探测，蛋白质组学可以提供一种发现和鉴定在疾病过程中表达异常的蛋白质(疾病相关蛋白质)的方法，此蛋白质可作为新药设计的靶点或是相关疾病的分子标志物(molecular marker)。目前采用蛋白质组学技术已鉴定出乳腺癌、结肠癌、肝癌、卵巢癌、白血病、恶性黑色素瘤、肾肿瘤等癌组织细胞的分子标志物，有的已发布于网上供查询，如http：auexpasychchzd，http：wwwmpiibberlinmpgde2DPAGE可查白血病相关分子标志，http：wwwpmmapmfhkczzdhtml可查结肠癌相关分子标士3。 Davidsson等研究了脑脊液的蛋白质组，并建立了脑脊液突触蛋白表达图谱。经研究发现阿尔茨海默病(A1zheimer，s disease，AD)患者的脑脊液中rab3a，synaptotag min，生长相关蛋白43(growth-associated protein 43，GAP_43)，突触体相关蛋白25(syn一aptosomalassociated protein 25，SNAP-25)和neurogranin等蛋白的含量均发生了明显改变，这为我们从蛋白质水平阐明该病的病理机制进而设计高效的药物提供了有意义的线索4。蛋白组学还可以确定一些疾病对化疗药物或抗生素的耐药机制，发现耐药时表达异常的蛋白。如Hutter等用蛋白质组技术分析了胃癌、胰腺癌、纤维肉瘤、乳腺癌、黑色素瘤细胞对化疗药产生耐药的机制。质谱分析表明，一些蛋白在耐药细胞中表达水平显著增高，如Annexin I和硫氧还蛋白(thioredoxin)在耐药胃癌细胞中，腺苷磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosy transferase)、乳腺癌特异性基因1(breast cancer specific gene 1，BCSGl)在耐药结肠直肠癌细胞中，RhoGDP分离抑制剂(Rhoguanine dinucleotide phosphate dissociation inhibitor)和另一与酵母蛋白(yer-7)序列相同的蛋白在耐药纤维肉瘤细胞中均显著高于敏感肿瘤细胞，但尚不清楚这些表达异常的蛋白质引起耐药的具体机制 5 。 当前对抗生素耐药问题以及不断出现新的微生物导致的感染性疾病，其根本原因就在于对药物的作用制及耐药机制缺乏透彻的认识。蛋白质组学技术可以让人们清楚地了解细菌内哪些蛋白质会在抗生素的作用下发生改变，以及何种改变，这些改变的蛋白质可作为新药设计的靶点，并为我们研究耐药机制提供新的启示。现临床上用于抗真菌的药物多为咪唑类(咪康唑、酮康唑)及三唑类(氟康唑、伊曲康唑)，但有很多患者出现耐药现象。对敏感性及耐药株白色念珠菌蛋白质的二维电泳图分析发现，在耐药株中有25种蛋白质增加，有76种蛋白质减少。推测白色念珠菌是通过改变染色体数目或染色体重组来调节基因的表达量，进而产生耐药性6。 其次是关于分子药理筛选模型的建立，90年代初，国外一个实验室，一年可筛选新化合物75 000个；1997年高通量筛选(hinghthrough-put screening，HTs)出现的初期，一个实验室一年可筛选1 000 000个新化合物；1999年以后，HTS发展到一个新的水平，一个实验室每天可筛选1 000 000个新化合物。HTs的出现大大加快了新药的开发速度，其优点为特异性强、灵敏度高、微量快速。蛋白质组学技术应用于筛选模型构建中的一个最大的优势就是更清楚、更详尽的阐明分子药理机制，提供更为有效、合理的药理模型。 Ebrini等比较了用非甾体类抗炎药吲哚美辛治疗前后的炎症模型大鼠血清中的蛋白质组的变化，建立了非甾体类药物血清蛋白质组的表达框架，主要包括2巨球蛋白、2一HS一glycopmtein、C反应蛋白、kallikrein结合蛋白等。这一分子药理学模型的建立可用于寻找新的非甾体抗炎药及评价其药物效能7、8。另外，一种新的抗癌药oltipraz，用来治疗黄曲霉毒素介导的肝癌，通过蛋白质组的研究发现它可以影响肝脏中许多蛋白质的表达，其中最显著的作用是使黄曲霉毒素B1醛还原酶(aflatoxinB，aldehyde reductase，AFAR)的含量增加了7倍之多，这个酶与黄曲霉毒素的解毒有关。因此AFAR作为蛋白质标记物，已用于评价oltipraZ其它类似物的抗肿瘤效果9。再次是有关评价药物不良反应10在新药研制过程中，药物不良反应是影响新药开发成功率的重要因素。临床用药中，发生不良反应的占住院病人的0.3%1.5%，不良反应延长了病人的住院时间，增加了患者的身心痛苦和经济负担。药物蛋白质组学对毒理学的研究，一般通过比较正常组织和用于研究的药物处理过的组织细胞的蛋白质组，寻找药物所剧毒副作用的迹象。 再次我们要阐明药物作用机制，疾病的发生过程是其相关基因与内外环境因素相互作用的结果治疗疾病不是单纯以药物去直接对抗致病因子，而是调整机体的状态，增强机体的抗病能力药物对机体功能状态的调整与调节基因表达及对表达产物进行修饰有关故以基因表达为指标以基因表达调节改变和功能修饰为研究重点，研究药物的调整作用，可望推动揭示药物的作用机制12 。大量实验表明，中药对机体功能状态的调整是直接或间接通过影响、调节、修饰、改变人体基因表达与表达产物的功能而实现一些中药可诱生多种细胞因子，有些甚至能同时诱导几种细胞因子产生，如白芍、人参、丹参、黄芪等可同时诱导ILl，IL一2，IL一6、肿瘤坏死因子等细胞因子，这些因子与人类健康和疾病发生密切相关补益生血方药可显著提高生理性肾虚老龄大鼠肝细胞DNA甲基化水平，提高基因的稳定性，维持正常基因表达，延缓衰老基因启动。发挥抗衰老功效13。(王菊，张莉民，列鲁，贾志伟，仲英蛋白质组学在药物研究中的应用中固分类号：R9142文献标识码：A文章编号：16727738(2007)070419一