多靶標(biāo)藥物和/或藥物組合的篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及多祀標(biāo)藥物和/或藥物組合的篩選方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 藥物研究與開發(fā)是一項周期長、耗資大、風(fēng)險高的系統(tǒng)工程。據(jù)統(tǒng)計，一個新 藥從概念產(chǎn)生到最終上市，需要花費10-15年時間，研發(fā)費用高達8億W上值iMasi，J. A. ,Hansen,R.W. ,andGrabowski,H.G. (2003).Thepriceofinnovationmewestimates of化ugdevelopmentcosts.J.Heal1:hEcon. 22:151-185.)，并且該個費用仍在逐年增長。 然而，如此巨大的投資并沒有得到相應(yīng)的回報。1996年FDA批準(zhǔn)上市的新分子藥物為53 個，2007年的該一數(shù)值僅為15，創(chuàng)歷史新低化11曲63,8.但008).2007即4化雌3991'〇￥313:3 yearofflux.Nat.Rev.DrugDiscov. 7:107 - 109 ;Editorial. (2008).Raisingthegame. 化t.Biotech. 26:137.)。在針對癌癥、老年癡呆等復(fù)雜疾病的新藥研發(fā)方面，所遇到的困難 比過去更大、失敗率更高（李娜，諸黎星，鄒棲.（2007). 1996年~2005年全球上市新藥 研發(fā)趨勢及分析.藥學(xué)進展31 (5) : 228 - 231.)?？蒞說藥物設(shè)計和開發(fā)面臨著前所未有的 "高投入、低產(chǎn)出"的艱難境地。
[0003] 現(xiàn)代藥物研究多W疾病相關(guān)的功能祀蛋白（受體、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白等）為作用祀點， 著眼于尋找針對病原體（或病人組織細(xì)胞）藥祀蛋白的先導(dǎo)化合物，然后通過先導(dǎo)化合物 的化學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高藥物與藥祀蛋白作用的親和力（藥效）和專一性（毒副作用），在此基 礎(chǔ)上開發(fā)出安全有效的單一化學(xué)成分藥物。該種祀向制劑的現(xiàn)代藥物研發(fā)模式取得了很大 成功。然而，長期的醫(yī)療實踐表明，對于多基因多因素相關(guān)的人類復(fù)雜疾病（如癌癥、糖尿 病、屯、腦血管病等），單一化學(xué)成分的藥物療效多數(shù)并不理想，藥物的毒副作用和抗藥性問 題突出。面對該些困境，科學(xué)家逐步認(rèn)識到W往那種偏重于局部、微觀和靜態(tài)的西方醫(yī)學(xué)的 不足和主要針對單個祀點的單一化學(xué)成分藥物研發(fā)模式（one-gene-one-化ug)的局限性 (Keith,C.T. ,Borisy,A.A. ,andStockwell,B.R. (2005).Multicomponenttherapeutics fornetworkedsystems.Nat.Rev.DrugDiscov.4:71 - 78.)。
[0004] 隨著強調(diào)整體聯(lián)系和動態(tài)過程并整合現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)、藥理學(xué)和計算機信 息學(xué)最新成果的新興學(xué)科的興起，如系統(tǒng)生物學(xué)（Ideker,T. ,Galitski,T.,化od,L. (2001).Anewapproachtodecodinglife:systemsbiology.Annu.Rev.Genomics Hum.Genet. 2:343 - 372.)、蛋白質(zhì)組學(xué)（Aebersold,R.andMann,M. (2003).Mass Spectrometir-basedproteomics.化1:腳6422:198 - 207.)、代謝組學(xué)（Rochfo;rt,S. (2005).Metabolomicsreviewed:anew"omics"platformtechnologyforsystems biologyandimplicationsfornaturalproductsresearch.J.Nat.Prod. 68:1813 -1820.)、化學(xué)生物學(xué)（周興旺.（2003).化學(xué)生物學(xué)新前沿一一化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué).化學(xué)進展 15:518 - 522.)、生物信息學(xué)（計算機生物學(xué)）巧-522.)等，加上臨床多種藥物聯(lián)用治療的 成功體驗（如癌癥治療的聯(lián)合藥物化療和抗艾滋病藥物"雞尾酒"療法），科學(xué)家開始從新 的視角看待由多種化學(xué)成分組成的混合藥物。生命體一定程度上可看作多種分子（主要是 執(zhí)行生命功能的蛋白質(zhì)）組成的相互聯(lián)系的復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因而，我們可利用多祀標(biāo) 藥物或藥物組合作用于生物信號網(wǎng)絡(luò)的不同信號通路從而實現(xiàn)對生理病理過程的系統(tǒng)調(diào) 控（Li,W.F. ,Jiang,J.G. ,andChen,J. (2008).Chinesemedicineanditsmodernization demands.Arch.Med.Res. 39:246 - 251.)。由此，組合成分藥物研究日益受到重視（Fitzge raid,J,B. ,Schoeberl,B. ,Nielsen,U.B. ,andSorger,P.K. (2006).Systemsbiologyand combinationtherapyinthequestforclinicalefficacy.Nat.Chem.Biol. 2:458 -466.)。組合藥物在一定程度上，可W增加治療功效；減少劑量并可W增加或維持同樣的功效 而避免毒性；減小或使藥物的抗性最小化；提供選擇性協(xié)同，針對于祀點（功效協(xié)同）或與 宿主相對的（毒性括抗）。
[0005] 如何選擇試劑來組合，是一個巨大的挑戰(zhàn)。一方面由于隨著組合的數(shù)目增加，組合 試驗次數(shù)也會增加；另一方面，多個成分之間存在著潛在的藥物-藥物相互作用W及無法 預(yù)測的藥動學(xué)反應(yīng)。因此，如何提高藥物組合篩選效率是重要問題。
[0006] 科學(xué)家們在設(shè)計藥物組合的方法上做了有益的探索，多種計算方法為實現(xiàn)藥 物篩選提供基礎(chǔ)。其中最常用的是基于高通量巧片數(shù)據(jù)篩選；例如CMAP是一個多達 1309種藥物的微擾作用數(shù)據(jù)庫，可W通過查詢在疾病中特異表達的基因在藥物作用巧片 中的表達情況，利用藥物和疾病之間的負(fù)相關(guān)性篩選有效藥物（Lamb,J.，化aw化rd，E. D. ,Peck,D. ,Modell,J.W. ,Blat,I.C. ,Wrobel,M.J. ,Lerner,J. ,Brunet,J. P. ,Subramanian,A. ,Ross,K.N. ,Reich,M. ,Hieronymus,H. ,Wei,G. ,Armstrong,S. A. ,Haggarty,S.J. ,Clemons,P.A. ,Wei,R. ,Carr,S.A. ,Lander,E.S. ,andGolub,T. R. (2006).TheConnectivityMap:usinggene-expressionsignaturestoconnect smallmolecules,genes,anddisease.Science313:1929 - 1935.)。有學(xué)者在CMAP的基 礎(chǔ)上加W改進，從觀察基因表達水平升級到基于生物過程的模塊富集性角度而建立的藥 物篩選系統(tǒng)（Li,Y.，Hao,P.，Zheng,S.Y.，化，K.，F(xiàn)an,比W.，化11，R.X.，Ding,G.H.，Dong,C. Z. ,Wang,C. ,Li,X. ,Thiesen,H.J. ,Chen,Y.E. ,Jiang,H.L. ,Liu,L. ,andLi,Y.X. (2008). Geneexpressionmodule-basedchemicalfunctionsimilaritysearch.NucleicAcids Res. 36:el37.)。還有研究從miRNA對基因表達水平的調(diào)控作用角度對生物機制加W解釋， 通過構(gòu)建miRNA疾病調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，也有效找出對應(yīng)的藥物（Jiang,W.，化en，X.Liao,M.，Li,W. ,Lian,B. ,Wang,L.,Meng,F. ,Liu,X. ,Jin,Y. ,andLi,X. (2012).Identificationoflinks betweensmallmoleculesandmiRNAsinhumancancersbasedontranscriptional responses.Sci.Rep. 2:282. )。Gottlieb等人集合上述多種角度，并且加上副作用的 信息，化學(xué)結(jié)構(gòu)式從多個角度計算藥物和藥物的相似性，并且在已知疾病和藥物的對 應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上通過藥物之間的相似性和疾病之間的相似性，預(yù)測新的藥物疾病關(guān)系 (Gottlieb,A. ,Stein,G.Y. ,Ruppin,E. ,andSharan,R. (2011).PREDICT:amethodfor inferringnoveldrugindicationswithapplicationtopersonalizedmedicine.Mol. Syst.Bio. 7:496.) 〇
[0007] 在前期藥物研究的基礎(chǔ)上，TelAviv大學(xué)的研究人員基于數(shù)據(jù)分析提出一個定 位癌癥中有協(xié)同致死作用的基因?qū)Φ挠嬎惴椒ǎ↗erby-Arnon,L.，Pfetzer,N.，Wal血an ，Y.Y.，McGarry,L.，James,D.，Shanks,E.，Seashore-Ludlow,B.，Weinstock,A.，Geiger, T. ,Clemons,P.A. ,Gottlieb,E. ,andRuppin,E. (2014).Predictingcancer-specific vulnerabilityviadata-drivendetectionofsyntheticlethality.Cell 158 (5) : 1199-209.)，他們通過分析癌癥臨床樣本的遺傳學(xué)和基因表達等分子數(shù)據(jù)全面鑒 定了癌細(xì)胞中的合成致死基因，構(gòu)建了癌癥的合成致死網(wǎng)絡(luò)，最后他們利用該網(wǎng)絡(luò)成功 預(yù)測了細(xì)胞對藥物的響應(yīng)W及患者的預(yù)后情況。也有研究者通過對藥物祀標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分析， 利用貝葉斯分類推測出藥物組合化uang，L.，Li,F.，Sheng，J.，Xia，X.，Ma，J.，aian，M.，a ndWong,S.T. (2014)DrugComboRanker:drugcombinationdiscoverybasedontarget networkanalysis.Bioinformatics30:i228-i236.)。最近，有研究通過比較疾病巧片 數(shù)據(jù)和病人的對應(yīng)預(yù)后結(jié)果，找出兩兩成對的與疾病狀態(tài)有強依賴關(guān)系的基因?qū)?，再與 藥物祀標(biāo)信息相結(jié)合，預(yù)測組合藥物狂iong,J.，Liu,J.，Rayner,S.，Tian,Z.，Li,Y.，and Chen,S. (2010).Pre-clinicaldrugprioritizationviaprognosis-guidedgenetic interactionnetworks.PLoSOne5:el3937.)。
[0008]有研究提出根據(jù)中藥信息來組合西藥化ong，D.X.，Li,X.J.，Tang,G.Y.，and Zhang,H.Y. (2008).HowmanytraditionalChineseMedicinecomponentshavebeen recognizedbymodernWesternmedicine?Achemoinformaticanalysisand implicationsforfindingmulticomponentdrugs.ChemMedChem3:233-236 ；Li,X.J.and Zhang,H.Y. (2008).Synergyinnaturalmedicines-implicationsfordrugdiscovery. Trends化armacol.Sci. 29:331-332.)。由于世界范圍內(nèi)的植物分布模式極其相似W及西 藥中包含有大量天然藥物信息，我們推測盡管用于治療同一種疾病的中藥和西藥的植物 來源不一定相同，但是二者的活性成份在分子結(jié)構(gòu)上有可能是相同或相近的，可W根據(jù)中 藥復(fù)方信息組合結(jié)構(gòu)對應(yīng)的西藥。首先將中藥化學(xué)成分與西藥化合物之間的結(jié)構(gòu)相似性 比較，然后在分子和植物水平上對中西方藥物的活性進行注釋，對中西藥相似化合物對的 活性（包含該分子的活性W及該分子來源植物的活性）進行比較，篩選出活性相同的分 子對。運用主成分分析的方法比較天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫和藥物分子數(shù)據(jù)庫在化學(xué)空間上的異 同。同時W常用的治療復(fù)雜性疾病的中藥復(fù)方為例，探討中西方藥物分子水平上的該種相 似性在組合藥物開發(fā)中的潛在應(yīng)用，并用實驗驗證了左歸丸的活性成分d-巧樣締和小窠 堿可W協(xié)同促進胃癌細(xì)胞調(diào)亡狂hang,X.Z.，Wang,L.，Liu,D.W.，Tang,G.Y.，andaiang，比 Y. (2014).Synergisticinhibitoryeffectofberberineandd-limoneneonhuman gastricbarcinomacelllineMGC803.J.Med.FoodlT:955 - 962.)〇
【發(fā)明內(nèi)