药物研究中蛋白质组学
蛋白质与蛋白质相互作用,交叉形成复杂的网络系统,是各项生命活动的基础。从先导化合物设计、靶点的寻找与确认,到药物疗效和毒性的评价,最终到临床个体化给药的实现,都是蛋白质组学发挥其技术的舞台。对药物研究中蛋白质组学做了一些理论和实践的探讨，包括蛋白质组学研究近况，并对在药物研究中的应用进行了介绍。
药物研究是一个漫长的过程,基因组技术的发展对药物研究起到了巨大的推动作用,但如何加快药物发现和药物开发的速度,开发有效的药物仍然是药物研究的重点和难点。蛋白质组学作为基因组时代或后基因组时代的核心部分,可以通过直接比较正常体与病变体、给药前后蛋白质图谱的变化弄清疾病的发生发展,发现药物蛋白靶点及药物治疗的分子机制,从而使快速发现更有效的药物成为可能。
1蛋白质组学研究近况
1.1蛋白质组学相关概念： 蛋白质组这一概念是1995年由澳大利亚学者［1］最先提出来的,指的在一个特定的时间和空间内,一个基因组、一种细胞组织或一种生物体所表达的全部蛋白质。对蛋白质组相关问题的研究称之为蛋白质组学,主要是在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律。
1.2蛋白质组学相关技术： 经典的蛋白质组学研究技术主要包括四大方面:(1)蛋白质的分离技术;(2)蛋白质鉴定技术;(3)蛋白质相互作用的研究技术;(4)大量数据的分析技术。其中二维凝胶电泳和质谱技术是蛋白分离纯化鉴定的核心技术。近几年随着蛋白质组学的发展,出现了不少新的研究技术和研究思路,如固相化pH梯度胶条、二维差异凝胶电泳、多维色质联用、表面增强激光解析离子化-蛋白质芯片系统,表面等离子共振、同位素亲和标记等技术的发展,不仅优化了普通二维电泳上样量和检测的极限,而且在自动化、特异性和重复性上都有所突破。
2在药物研究中的应用
近年来,随着蛋白质组学的快速发展,蛋白质组学技术在药物研究领域有着越来越多的应用,为高通量、特异性、快速的进行药物相关研究提供了强有力的技术支持。
2.1靶点的发现和确认： 药物靶点是指药物在体内的作用结合位点,包括基因位点、受体、酶、离子通道、核酸等生物大分子。筛选与确定新的药物作用靶点不仅为揭示药物的作用机理提供了重要信息,而且对新药的开发研制、建立筛选模型、发现先导化合物等也具有重要意义。
Weingarten等用二维电泳和生物质谱联用技术,对调节性T细胞进行了蛋白质组学分析,寻找与其功能相关的蛋白靶点,以期找到用于治疗多发性硬化症等免疫系统疾病的新药物靶点。Hu等对法尼基转移酶抑制剂的抗癌作用机制进行了蛋白质组学研究。他们对药物作用前后的卵巢癌细胞总蛋白进行了双向电泳以及质谱分析,发现热休克蛋白70在药物作用后表达上调,然后利用热休克蛋白抑制剂和酶联免疫吸附分析进行了后续研究,他们进一步发现热休克蛋白70能够对法尼基转移酶导致的癌细胞凋亡起到保护作用,而热休克蛋白70的抑制可能成为卵巢癌治疗的新靶点［2］。
2.2耐药相关机制研究中的应用： 在癌症、感染等疾病的治疗中,抗肿瘤、抗菌以及抗病毒等药物的耐药问题已经成为相关疾病难治疗、易复发的主要原因之一。关于耐药机制的探讨已经成为了抗菌药物领域的研究热点。利用该技术,研究人员已经发现了多种与耐药相关的蛋白,如:磷酸丙糖异构酶、HSP27、Sorcin等可能与胃癌多药耐药相关;线粒体转录因子A、组蛋白H2B、组蛋白H4、核糖体蛋白L3等可能与结肠癌5-氟尿嘧啶耐药相关; Sigma调控因子RpoD和膜孔蛋白F可能与铜绿假单胞菌多重耐药相关等。这些蛋白的鉴定为深入研究药物耐药性产生机制提供了线索,而且对进一步筛选具有潜在价值的抗多重耐药的药物治疗靶点具有参考价值。
2.3临床医药研究中的应用： 近年来,蛋白质组学技术也被广泛应用于临床研究中。蛋白质组学技术高通量、大规模的优势在临床药物研究中得以充分发挥。例如:根据不同病理过程中蛋白质的种类和数量的变化,筛选疾病特异性发生变化的蛋白质,把这些特异的与疾病相关的蛋白质作为生物标志物进行疾病筛查和分期、分型;根据不同治疗、用药阶段蛋白质表达发生变化的情况,筛选病程、药物作用相关的蛋白,利用这些蛋白标志物进行病程分析和用药时机的选择等;根据生物标志物在不同疾病中的变化,从而辨别疾病的性质和进程,对预后进行判断等。Eberini等研究了佐剂关节炎大鼠模型服用非甾体类抗炎药前后血清蛋白质表达图谱的变化,发现不同的药物对血清蛋白质表达水平的影响不同,而且血清蛋白表达水平的变化与炎症参数如关节肿胀等平行。此研究表明,通过研究用药前后蛋白质谱的变化可以判断药物的疗效,进而为临床选择用药及观察疗效提供有力依据。
3展望
蛋白质与蛋白质相互作用,交叉形成复杂的网络系统,是各项生命活动的基础。从先导化合物设计、靶点的寻找与确认,到药物疗效和毒性的评价,最终到临床个体化给药的实现,都是蛋白质组学发挥其技术的舞台。蛋白质组学技术为新药研发提供了新的思路,无疑将对药物研究起到强大的推动作用,将有良好的应用前景。
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