徐廣

(1.徐州醫(yī)科大學(xué)附屬沭陽醫(yī)院; 2.沭陽縣人民醫(yī)院，江蘇 宿遷 223600)

藥物靶點是藥物與人體作用的結(jié)合位點，包括基因、受體、酶、離子通道、轉(zhuǎn)運體、核酸等，通過藥物與位點的結(jié)合影響生物學(xué)事件的改變，從而實現(xiàn)藥物的治療效果[1]。藥物靶點數(shù)據(jù)庫有PhID、Therapeutic Target Database (TTD)、DrugBank、Binding DB、PharmGKB等[2]。迄今已發(fā)現(xiàn)作為治療藥物靶點約800多個，超過50%的藥物以受體為效應(yīng)靶點，其中G-蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)靶點在受體靶點占據(jù)不大部分，成為最重要的作用靶點[3]；同時超過20%的藥物以酶為靶點，特別是酶抑制劑類藥物，在臨床應(yīng)用中也具有特殊地位；其他藥物靶點信息尚未明確，涉及結(jié)構(gòu)蛋白、膜轉(zhuǎn)運體等作用靶點[4]。藥物發(fā)現(xiàn)是個長久的過程，辨識疾病的生物學(xué)起源和潛在的靶點介導(dǎo)，是發(fā)現(xiàn)新藥的第一步，藥物靶點研究將對藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)具有極其重要的促進作用，靶點辨識還需要更多新思路、新方法和新技術(shù)的介入[5]。隨著基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)等技術(shù)的成熟和應(yīng)用，更多涉及藥物靶點開發(fā)的方法被探索，如何通過疾病本身精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)藥物靶點，精準(zhǔn)代謝組學(xué)提供了前瞻性的思路，結(jié)合遺傳學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)療的策略，利用代謝組學(xué)對疾病本身的認識，通過特異性代謝物的修飾和生物學(xué)過程中代謝組的干預(yù)，從而尋找與疾病密切關(guān)聯(lián)關(guān)系的重要靶點，為先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)和藥物靶點的篩選提供有力支撐[6-7]。

1 藥物靶點發(fā)現(xiàn)新思路

1.1 代謝組學(xué)介導(dǎo)生物學(xué)事件解釋

代謝組學(xué)是近年來興起的一門科學(xué)，伴隨系統(tǒng)生物學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展和成熟，代謝組學(xué)展現(xiàn)出其他組學(xué)未曾有的優(yōu)勢，以一種新的研究思路，更好地理解和解決生物學(xué)問題[8]。尤其在藥物靶點發(fā)現(xiàn)方面，具有直接體現(xiàn)生物學(xué)事件在代謝物層面的差異變化優(yōu)勢，代謝組的差異精準(zhǔn)反映疾病的發(fā)生過程[9]。更多地涉及疾病作用靶點的代謝物可以被區(qū)分，有較好的藥物靶點發(fā)現(xiàn)前景。有別于其他組學(xué)，在生物學(xué)事件發(fā)生的過程中，代謝組最直接反應(yīng)生物學(xué)事件發(fā)生前后的差異變化，減少了中間過程的時間差而造成數(shù)據(jù)缺失?；蚪M學(xué)和蛋白組學(xué)是“事前性”的生物學(xué)事件變化，往往在生物學(xué)事件發(fā)生后，基因組的數(shù)據(jù)已回調(diào)正常，造成研究過程中的數(shù)據(jù)丟失，而代謝組可以更好得到真實的生物學(xué)事件的表型數(shù)據(jù)[10]。代謝組研究內(nèi)容涉及臨床樣本、生物樣本等的生命體小分子代謝產(chǎn)物，依托核磁共振儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀和高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀平臺的檢測，并通過對差異代謝物和關(guān)鍵代謝物的研究，構(gòu)建與疾病和生物學(xué)事件密切關(guān)聯(lián)的代謝通路，依托特異性的功能代謝產(chǎn)物，尋找發(fā)現(xiàn)特異性的生物靶標(biāo)，基于此開發(fā)藥物用于疾病的預(yù)防、診斷和治療[11]。

1.2 精準(zhǔn)代謝組學(xué)明晰生物靶標(biāo)

精準(zhǔn)代謝組學(xué)在傳統(tǒng)代謝組學(xué)的基礎(chǔ)上整合遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)，通過多學(xué)科數(shù)據(jù)分析和策略研究，鑒別與疾病發(fā)生發(fā)展密切關(guān)聯(lián)的功能代謝產(chǎn)物，構(gòu)建特異性的代謝組，明晰相關(guān)代謝通路[12]?；诖诉M一步理解疾病的發(fā)生發(fā)展過程，更精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)特異性的疾病診斷生物標(biāo)志物，用于疾病的前期診斷和治療后的效果評價，同時精準(zhǔn)地對功能代謝物合成通路的阻斷和代謝物本身的結(jié)構(gòu)改造，參考磺胺類藥物的作用機理，開發(fā)用于治療特異性疾病的先導(dǎo)化合物[13]。精準(zhǔn)代謝組學(xué)策略通過對代謝組和代謝通路的精準(zhǔn)識別，可以精準(zhǔn)到某一種疾病的某一種生物靶點，基于對該靶點特異性和敏感性的化合物的改造和篩選，更好的精準(zhǔn)于某一類疾病的治療。為了應(yīng)對目前臨床使用的藥物耐藥性問題，本綜述提出的精準(zhǔn)代謝組學(xué)策略，在傳染性疾病的致病因子靶點發(fā)現(xiàn)方面，利用致病因子本身的特性進行結(jié)構(gòu)改造開發(fā)先導(dǎo)化合物，從而降低致病菌本身的耐藥，同時精準(zhǔn)代謝組學(xué)在代謝性疾病的靶點群發(fā)現(xiàn)方面更具有優(yōu)勢，通過對多個靶點的干預(yù)，從而實現(xiàn)疾病的代謝云向健康組的代謝云轉(zhuǎn)變，多靶點模式的作用方式干預(yù)，用于新型藥物的開發(fā)，實現(xiàn)臨床疾病的精準(zhǔn)治療[14-15]。

2 精準(zhǔn)代謝組學(xué)用于藥物靶點發(fā)現(xiàn)

2.1 致病因子靶點表征傳染性疾病思路

在傳染性疾病的感染過程中，從降低細菌致病因子和細菌致死合成的角度來發(fā)現(xiàn)藥物靶點和靶點群[16]，見圖1。細菌的一部分致病因子以小分子的形式釋放[17]，例如一類致病菌釋放的鐵載體致病因子，通過細菌體內(nèi)合成，細胞膜轉(zhuǎn)運體外，與血紅蛋白競爭性的結(jié)合鐵離子及競爭生物體其他的微量金屬離子(鎳、錳、鋅和鈷等)，然后再經(jīng)過跨膜轉(zhuǎn)運供給細菌的生長繁殖需要，實現(xiàn)細菌感染和致病過程[13,18]。同時一類致病菌分泌的yersiniabactin鐵載體可以螯合生物體免疫反應(yīng)釋放的毒性銅離子，進一步保護細菌，實現(xiàn)抵抗人體免疫反應(yīng)的作用，在細菌感染和保護細菌方面發(fā)揮著至關(guān)重要的功能[19-20]。

如果能明晰更多的小分子類致病因子，對傳染性疾病感染過程的理解和基于此開發(fā)藥物可以提供更好的思路，代謝組學(xué)的引入可以從根本上解決這個問題，通過代謝組學(xué)的主成分分析、偏最小二乘判別式分析和熱圖分析，為找到功能分子和差異目標(biāo)化合物提供可行依據(jù)，再經(jīng)過一級質(zhì)譜、同位素質(zhì)譜和二級質(zhì)譜實驗實現(xiàn)化合物的定性定量鑒定，實現(xiàn)目標(biāo)化合物和未知化合物的結(jié)構(gòu)表征，再結(jié)合致病因子基因的功能和蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)更多的關(guān)聯(lián)致病因子，表征感染性最高、敏感性最好和選擇性最優(yōu)的致病因子，整合參與合成的酶及蛋白，構(gòu)建該致病因子的生物合成通路，明晰其致病過程，基于此可以作為傳染性疾病特異性的生物標(biāo)志物用于疾病的診斷，同時阻斷致病因子上游通路和利用致病因子的特洛伊木馬策略，開發(fā)具有高抗菌活性的藥物用于傳染性疾病，從而實現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診斷和治療[21]。

特洛伊木馬策略是基于致病因子的細菌體內(nèi)外轉(zhuǎn)運，對致病因子進行結(jié)構(gòu)改造，絡(luò)合抗生素或者致病因子功能基團改造，通過細菌跨膜轉(zhuǎn)運，從而使細菌產(chǎn)生致死合成，從而殺滅細菌的方法。有相關(guān)研究報道，在致病性大腸桿菌中對其一種鐵載體enterobactin進行特洛伊木馬改造，成功開發(fā)出新型抗生素[22]。利用精準(zhǔn)代謝組學(xué)技術(shù)，可以精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)和疾病密切關(guān)聯(lián)關(guān)系的致病因子，相比于已經(jīng)開發(fā)的enterobactin-siderophore抗生素，本策略更加精準(zhǔn)于傳染性疾病中致病菌的高致病因子，有更好的致病菌分布和致病性關(guān)聯(lián)，較已開發(fā)的鐵載體抗生素更具優(yōu)勢。 本策略通過對疾病的更好理解，實現(xiàn)新型藥物的靶點的開發(fā)和先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)[23]。

圖1精準(zhǔn)代謝組學(xué)整合遺傳學(xué)策略用于傳染性疾病的治療策略

Figure1Precise metabonomics integrated genetics strategy for the treatment of infectious diseases

2.2 代謝云靶點關(guān)聯(lián)代謝性疾病探索

代謝性疾病種類繁多，其發(fā)生發(fā)展過程較為復(fù)雜，如何在眾多的代謝物中尋找最有效的關(guān)鍵分子成為代謝類疾病研究的關(guān)鍵[24]，見圖2。代謝組學(xué)整合生物化學(xué)和蛋白組學(xué)的策略被用于復(fù)雜性代謝疾病的研究[25]。例如肝癌疾病的相關(guān)研究，目前的甲胎蛋白用于肝癌的預(yù)防診斷存在較多的不足，影響甲胎蛋白變化的因素較多，臨床中不能夠有效的排除相關(guān)的干擾，同時基于甲胎蛋白等代謝物的特異性靶點藥物也未曾上市，臨床應(yīng)用中仍然存在特異性診斷不準(zhǔn)確的問題[26-27]。

精準(zhǔn)代謝組學(xué)通過不同階段肝癌樣本(涉及肝炎、肝硬化、肝占位、不同時期肝癌樣本)的非靶標(biāo)代謝組實驗和靶標(biāo)代謝組實驗，經(jīng)過相關(guān)代謝組學(xué)分析，在滿足受試者工作特征曲線(ROC曲線)的代謝物中尋找與肝癌發(fā)生發(fā)展呈線性或特異曲線關(guān)系的特異功能代謝物組，該代謝物組具有較高的肝癌特異性和敏感性，開發(fā)基于此類疾病的特異性診斷試劑盒，具有較高的疾病關(guān)聯(lián)屬性和疾病特異性，很好的應(yīng)用于疾病的早起診斷和預(yù)防[28]。同時整合功能基因和特異性蛋白的改變和異常表達，構(gòu)建疾病發(fā)生的可能通路，精準(zhǔn)的選取其中關(guān)鍵的功能分子作為藥物靶點，開發(fā)新型藥物[29]。精準(zhǔn)代謝組學(xué)策略可以精準(zhǔn)到代謝性疾病的某一種生物靶點，結(jié)合疾病的發(fā)生發(fā)展過程，更加有效的發(fā)現(xiàn)與疾病本身密切相關(guān)的特異性和敏感性靶點，基于此進行先導(dǎo)化合物篩選，更好的精準(zhǔn)于代謝性疾病的治療，同時為了應(yīng)對目前臨床使用的藥物耐藥性問題，精準(zhǔn)代謝組學(xué)在代謝性疾病的靶點群發(fā)現(xiàn)方面更具有優(yōu)勢，通過對多個靶點的干預(yù)，從而實現(xiàn)疾病的代謝云向健康組的代謝云恢復(fù)，即疾病狀態(tài)的代謝關(guān)聯(lián)圖譜向健康狀態(tài)的代謝圖譜轉(zhuǎn)變，以多靶點模式的探索為中心，開發(fā)多靶點的多個藥物組方，用于新型藥物的開發(fā)和已有的藥物的優(yōu)化組合，更好地實現(xiàn)代謝性疾病的診斷和治療。

圖2精準(zhǔn)代謝組學(xué)策略用于代謝性疾病的靶點發(fā)現(xiàn)
Figure2Accurate metabonomics strategy for target discovery of metabolic diseases

3 總結(jié)

在藥物靶點的開發(fā)過程中，精準(zhǔn)代謝組學(xué)策略更加注重疾病的精準(zhǔn)，其最終目的是實現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)治療，目前對疾病本身的理解和基于疾病本身的精準(zhǔn)治療較少，隨著國家大健康戰(zhàn)略的深入推進，精準(zhǔn)醫(yī)療的策略思想也被應(yīng)用到藥物發(fā)現(xiàn)過程中。本策略應(yīng)用代謝組學(xué)、遺傳學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等生命科學(xué)的平臺、技術(shù)、研究方法和思路，以疾病和生物學(xué)事件為出發(fā)點，更好的尋找在疾病發(fā)生過程中的關(guān)鍵點，其最終目的是回答和解決生物學(xué)事件，理解功能特異分子的關(guān)鍵靶點作用和開發(fā)新型藥物，從疾病發(fā)生發(fā)展的全局和關(guān)聯(lián)關(guān)系出發(fā)，精準(zhǔn)到治療靶點和靶點群，在對疾病深刻的理解基礎(chǔ)上，實現(xiàn)新型先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，更好的減少在新藥開發(fā)過程的無效篩選，基于已發(fā)現(xiàn)的特異性小分子化合物，利用特洛伊木馬策略和代謝云干預(yù)策略，精準(zhǔn)修飾特異性代謝位點，靶向作用于生物學(xué)事件密切關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵酶或蛋白，開發(fā)新型先導(dǎo)化合物、新型藥物組方和特異性診斷試劑盒，基于此探索新藥靶點，更好作用于特異性疾病，從而實現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)診斷和精準(zhǔn)治療。