化学药物设计与开发前沿.ppt

,*,*,一、药物作用的生物学基础,药物作用的生物靶点,药物作用的体内过程,药物一受体相互作用的化学本质,二、药物开发的基本途径与方法,先导化合物的发现,先导化合物的优化方法,三、计算机辅助药物设计简介,四、临床候选药物的研究与开发,临床前体内外药效学评价,临床前安全性评价,临床前药学研究,药物临床研究,目 录,第四讲 复习思考题,药物作用的生物靶点有哪些？,简述药物一受体相互作用的化学本质。,简述先导化合物的发现途径。,简述先导化合物的优化方法。,简述候选药物的研究与开发步骤。,比较合理药物设计与非合理药物设计的概念。,半个世纪之前，人们对在细胞水平和分子水平上的生命现象了解甚少，寻找新药的方法多是,基于经验和尝试,，主要是通过大量化合物的筛选与,偶然发现。,靠这种方法发现了大批治疗药物。但它的不可预见性和盲目性，人力和物力的巨大消耗，发现新药的成功率越来越低，促使人们发展具有较高预测性的更合理的研究方法。,新药设计新技术,相应模型,微生物,药物作用的生物学基础,根据药物在分子水平上的作用方式，可把药物分成两种类型，即,非特异性结构药物,（,Structurally Nonspecific Drug,）和,特异性结构药物,（,Structurally Specific Drug,）。,非特异性结构药物的药理作用与化学结构类型的关系较少，主要受,药物的理化性质,的影响。如全身麻醉药（气体、低分子量的卤烃、醇、醚、烯烃等），其作用主要受药物的,脂水（气）分配系数,的影响。,特异性结构药物发挥药效的本质是药物小分子与受体生物大分子的有效结合，这包括二者在,立体空间上互补,；在,电荷分布上相匹配,，通过,各种键力的作用,使二者相互结合，进而引起,受体生物大分子构象的改变,，触发机体微环境产生与药效有关的一系列生物化学反应。,一、药物作用的生物靶点,能够与药物分子结合并产生药理效应的生物大分子现通称为药物作用的,生物靶点,。,这些靶点的种类主要有,受体、酶、离子通道,和,核酸,，存在于机体靶器官细胞膜上或细胞浆内。,就目前上市的药物来说，以受体为作用靶点的药物约占,52%,；以酶为作用靶点的药物约占,22%,；以离子通道为作用靶点的药物约占,6%,；以核酸为作用靶点的药物约占,3,；其余,17,药物的作用靶点尚不清楚。,1.,以受体为靶点,药物与受体结合才能产生药效。理想的药物必须具有高度的选择性和特异性。,选择性要求药物对某种病理状态产生稳定的功效。,特异性是指药物对疾病的某一生理、生化过程有特定的作用，此即要求药物仅与疾病治疗相关联的受体或受体亚型产生结合。,现已有几百种作用于受体的新药问世，其中绝大多数是,GPCR,的激动剂或拮抗剂。,例如，治疗高血压的血管紧张素,II,受体拮抗剂洛沙坦、依普沙坦，中枢镇痛的阿片受体激动剂丁丙诺啡、布托啡诺，,a-,受体激动剂阿芬他尼等。,G-,蛋白偶联受体,（,G-protein cross-linked receptor,）,近年来，,受体的亚型,及,新受体,不断被发现和克隆表达，有关它们的生化、生理、药理性质也相继被阐明，为,新药的设计和研究,提供了更准确的靶点和理论基础和,降低药物毒副作用,作出了很大的贡献。,现已知道，,肾上腺能受体,有,a1,、,a2,、,bl,、,b2,、,b3,亚型，,多巴胺受体,有,Dl,、,D2,、,D3,、,D4,、,D5,亚型，,阿片受体,有,m,、,k,、,s,、,d,、,e,亚型,等。,孤儿受体,(orphan receptor),是近年来提出的一种新概念，是指其编码基因与某一类受体家族成员的编码有同源性，但目前在体内还,没有发现其相应的配基。,2.,以酶为靶点,由于酶催化生成或灭活一些生理反应的介质和调控剂，因此，酶构成了一类重要的药物作用靶点。,酶抑制剂通过抑制某些代谢过程，降低酶促反应产物的浓度而发挥其药理作用。理想的酶抑制剂药物，应该对靶酶有,高度亲和力,和,特异性,。,近年来，基于细胞代谢理论的指导，,合理设计的酶抑制剂类药物,发展较快，目前世界上销售量最大的,20,个药物中有近一半为酶抑制剂类药物。,近年来，酶抑制剂研究比较活跃的领域有：,降压药的血管紧张素转化酶（,ACE,）抑制剂,，肾素抑制剂，调血脂药,HMG-CoA,还原酶抑制剂,非甾体抗炎药物中的环氧化酶,-2,（,COX-2,）抑制剂，抗肿瘤药物中的芳构化酶抑制剂,抗前列腺增生治疗药中的,5a-,还原酶抑制剂等,一氧化氮,(NO),作为生物体内的重要信使分子和效应分子，在心血管、神经和免疫系统方面具有重要的生理功能。但过量产生或释放时能介导多种疾病的发生和发展。,一氧化氮合成酶,(NOS),抑制剂,可阻止,NO,过量生成。,NO,以及有关的,NOS,抑制剂的研究已成为近年来生物医学和药学研究的前沿领域之一。,3.,以离子通道为靶点,带电荷的离子,由离子通道出入细胞，不断运动、传输信息，构成了生命过程的重要组成部分，保持着生物体中细胞与细胞间的有效联系。离子通道的阻滞剂和激活剂调节离子进出细胞的量，进而调节相应的生理功能，可用于疾病的治疗。,K,+,Cl,-,Channel currents,Pump,Exchanger,K,+,Ca,2+,Na,+,Na,+,Ca,2+,Outside,Na,+,inside,Membrance,这方面的研究近年来进展较快。如：,作用于,Na,+,通道的药物有奎尼丁、美西律、普罗帕酮等。,作用于,Ca,2+,通道的药物有二氢吡啶类、苯烃胺类和硫氮杂卓类等,，,如,硝苯地平、尼卡地平、尼莫地平,作用于,K,+,通道的药物主要为,K,+,-ATP,酶的激活剂和拮抗剂，如治疗,II,型糖尿病的甲苯磺丁脲、格列本脲为,K+,通道的拮抗剂；而尼可地尔和吡那地尔为,K,+,通道的激活剂，主要用于高血压、心绞痛的治疗。,III,类抗心律失常药物多为,K,+,通道拮抗剂，主要药物有胺碘酮、索他洛尔等。,4.,以核酸为靶点,人们普遍认为肿瘤的癌变是由于基因突变导致基因表达失调和细胞无限增殖所引起的。因此，可将癌基因作为药物设计的靶，利用反义技术,(antisense technology),抑制癌细胞增殖。,以已知的抗肿瘤药物为先导，以,DNA,为靶点设计新的抗癌药物也正在开展。,比如无环鸟苷。,二、药物作用的体内过程,药物在体内发挥治疗作用的关键与其在作用部位的浓度和与生物靶点相互作用（阻断或刺激）的能力有关。药物的作用必须考虑影响药物疗效的两个基本因素，一个是药物,到达作用部位的浓度,，以药物作用的,动力学时相（,pharmacokinetic phase,）,来描述。另一个重要因素是药物,与生物靶点的特异性结合,，以药物作用的,药效学时相（,pharmcodynamic phase,）,来阐述。,1.,动力学时相：,对于一个药物来说，除了必须考虑它与生物靶点的相互作用之外，还要考虑它在体内的吸收、分布、代谢和消除,(ADME),。,药物的结构决定其物理化学性质，理化性质又决定其在体内的药物动力学过程。一个药物结构改变而引起疗效的差异，很可能与影响其体内动力学过程有关。,吸收,(absorption,）,分布,(distribution),代谢,(metabolism),排泄,(excretion),2,药效学时相：,结构特异性药物发挥药效的本质是药物有机小分子经吸收、分布到达其作用的生物靶点后，与受体生物大分子相互作用的结果。药物与受体分子结合形成复合物，进而引起受体构象的改变，触发机体微环境产生与药效有关的一系列生理效应。,三、药物一受体相互作用的化学本质,药物分子和受体的结合，除静电相互作用外，主要是通过各种化学键连接，形成药物,-,受体复合物，其中共价键的键能很大，结合是不可逆的。下面讨论药物与受体间可能产生的几种化学键的情况。,生长因子和受体,1,共价键结合,这是药物和受体间可以产生的最强的结合键，它难以形成，但一旦形成也不易断裂。,某些,有机磷杀虫药,、,胆碱酯酶抑制剂,和,烷化剂类抗肿瘤药,都是通过与其作用的生物受体间形成共价键结合而发挥作用的。,具有高张力的四元环内酯或内酰胺类药物如,-,内酰胺类抗生素也是同样的情况。,青霉素的抗菌作用就是由于它能和细菌细胞壁生物合成中的转肽酶生成共价键,，,从而使转肽酶失活。,2,非共价键的相互作用：,化疗药物和受体之间生成键能较大的不可逆的共价键，保持药物与生物靶点的持久性结合，对于杀灭病原微生物和肿瘤细胞往往是理想的。而对于中枢神经系统药物来说，药物和受体间持久作用是非常有害的，人们希望其药理作用只在较短时间内持续。,药物和相应受体间的结合通常建立在离子键或更弱的结合力上，这些力对于形成的药物和受体复合物来说已足够牢固和稳定，使其不太易于从作用部位除去。,带有电荷的蛋白多肽链,药物,-,受体之间形成的这种离子键的结合,，是非共价键中最强的一种，是药物受体复合物形成过程中的第一个结合点。其他尚有多种非共价键形式，在药物,-,受体相互作用过程中起着重要的作用。,受体大多是蛋白质。若一个药物分子结构中的电荷分布正好与其特定受体区域相适应，那么,药物的正电荷（或部分正电荷）与受体的负电荷（或部分负电荷）产生,静电引力,。,药物的负电荷（或部分负电荷）与受体的正电荷（或部分正电荷）产生,静电引力,。,当接近到一定程度时，分子的其余部分还能与受体通过分子间普遍存在的,范德华引力,相互吸引，这样药物与受体就结合形成,复合物,。,局部麻醉药分子与受体相互作用模型,普鲁卡因,四、药物与受体相互作用的立体效应,由蛋白质组成的受体，有一定的三维空间结构。在药物与受体的各原子或基团间相互作用时，作用的原子或基团间的距离对于相互的引力有重要的影响。,药物中,官能团间的距离，手征性中心及取代基空间排列,的改变，均能强烈地影响药物受体复合物的互补性，从而影响药物和受体的结合。,由于受体和药物都是三维实体，也导致了药物的立体异构，即,几何异构,和,光学异构,对药物活性有较大的影响。,几何异构是由双键或环等刚性或半刚性系统导致分子内旋转受到限制而产生的。几何异构体的理化性质和生理活性都有较大的差异，如顺、反式已烯雌酚的例子。,顺反异构,光学异构,分子中存在手性中心，两个对映体除了将偏振光向不同的方向旋转外，有着相同的物理性质和化学性质。但其生理活性则有不同的情况。,有些药物光学异构体的药理作用相同，例如,左旋和右旋,氯喹具有,相同的抗疟活性,。,但在很多药物中，左旋体和右旋体的生物活性并不相同，例如,D-,（,-,）,-,异丙基肾上腺素,作为支气管舒张剂，比,L-,（,+,）,-,异丙基肾上腺素强,800,倍。,药物中光学异构体生理活性的差异反映了药物与受体结合时的较高的立体要求。一般认为，这类药物需要通过三点与受体结合，如图,12-8,中,D-,（,-,）,肾上腺素,通过下列三个基团与受体在三点结合：,1,）氨基；,2,）苯环及其二个酚羟基；,3,）侧链上的醇羟基。而,L-,异构体只能有两点结合。,有一些药物，左旋体和右旋体的,生物活性类型都不一样,，如扎考必利（,Zacopride,）是通过拮抗,5-HT3,受体而起作用，为一类新型的抗精神病药。深入地研究证明，（,R,）,-,异构体为,5-HT3,受体的,拮抗剂,，而（,S,）,-,异构体则为,5-HT3,受体的,激动剂。,除了药物受体对药物的光学活性有选择性外，由于生物膜、血浆和组织上的,受体蛋白和酶,，对药物进入机体后的吸收、分布和排泄过程，均有立体选择性地优先通过与结合的情况，可导致药效上的差别。,胃肠道对,D-,葡萄糖，,L-,氨基酸，,L-,甲氨蝶呤和,L,（,+,）抗坏血酸等有立体选择性，可优先吸收，主动转运。,在药物代谢过程中,代谢酶对药物的立体选择性也可导致代谢差异，,代谢酶多为光学活性的大分子。可导致代谢速率和药效、毒性的差异。,药物开发的基本途径与方法,有目的的研究一个新药，首先要确定其治疗用途，药物在体内可能作用的靶点和判定药物活性的药理模型，在这些基础上进行药物化学的研究工作。,苗头化合物：,类药性,-,辉瑞药物化学家五原则（分子量小于,500,，氢键给体数目小于,5,，氢键受体数目小于,10,，脂水分配系数小于,5,，可旋转键数小于,10,）。,先导化合物：,一是,发现先导化合物,，二是,对先导化合物进行结构优化,。,候选药物。,成药性：,理化性质，生化性质,（代谢转化、血浆结合转运）；,药代性质；毒副作用。,一、先导化合物的发现,先导化合物,是现代新药研究的出发点。先导化合物是指有独特结构且具有一定生物活性的化合物。它可能因为活性太小，选择性不高，或药代动力学性质不好，不能作为新药开发；但可以在该化合物结构的基础上，进行一系列的结构改造或修饰，得到符合治疗要求的新药。,先导化合物大体是通过,四个途径,发现的，即：,从天然产物中得到；,以现有的药物作为新药研究的基础；,用药理模型筛选新药；,根据生理病理机制设计药物。,1,、从天然资源得到先导化合物,从中药青蒿中分离出的抗疟有效成分青蒿素，对耐氯喹的疟原虫有极高的杀灭作用。后采用结构修饰的方法合成了抗疟效果更好的蒿甲醚和青蒿素琥珀酸酯，疗效比青蒿素高,5,倍，且毒性比青蒿素低。,从微生物资源的开发中，能获得新药和供研究用的先导化合物，近代应用超敏菌株与特异靶方法发现了许多新的抗生素。,例如用对,-,内酰胺类抗生素特别敏感的菌株，并用不同,-,内酰胺酶作区别实验，发现了克拉维酸和硫霉素等强力抑制,-,内酰胺酶活性的药物。,2,、以现有的药物作为先导物,已有的药物中有些可被选作先导物，进一步优化得到新药。这可有以下的几种类型。,(1),由药物副作用发现先导化合物：,在某些情况下，一药物的毒副作用可能对另一种疾病有治疗作用。,例如吩噻嗪类抗精神失常药氯丙嗪及其类似物，是由结构类似的抗组胺药,异丙嗪的镇静副作用,发展而来的。,(2),通过药物代谢研究得到先导物：,药物通过体内代谢过程，可能被活化，也可能被失活，甚至转化成有毒的化合物。采用这类先导物，得到优秀的药物的可能性较大，甚至直接得到比原来药物更好的药物。例如，抗抑郁药丙咪嗪和阿米替林的代谢物,去甲丙咪嗪和去甲阿米替林，抗抑郁作用比原药强，,且有副作用小、生效快的优点。,(3),以现有突破性药物作先导,：,近年来随着生理生化机制的了解，得到了一些疾病治疗的突破性的药物，称,原型药物（,Prototype Drug,）,。随之出现了大量的,“,Me-too”,药物,。“,Me-too”,药物特指具有自己知识产权的药物，其药效和同类的突破性的药物相当。这种旨在避开“专利”药物的产权保护的新药研究，大都以现有的药物为先导物进行研究。,例如兰索拉唑及其它的拉唑的研究是以奥美拉唑为先导物的，其活性比奥美拉唑活性更强。,3,、用活性内源性物质作先导化合物,现代生理学认为，人体被化学信使（生理介质或神经递质）所控制。,体内存在一个非常复杂的信息交换系统，每一个信使都各具特殊的功能，并在其作用的特定部位被识别。,患病时机体失去了平衡，而药物治疗，就是用外源性的化学物质（信使），来帮助机体恢复平衡。,根据对生理病理的了解来研究新药，被称作,合理药物设计,（,Rational Drug Design,）,。通常是针对与该生理活动有关的酶或受体来设计药物。,于是内源性的神经递质，内源性的受体激动剂就顺理成章的成了药物研究的先导化合物。,例如氟脲嘧啶的研究以核酸合成的核苷酸尿嘧啶作为先导化合物，将,5,位的氢换成氟，使之成为生物体的正常代谢物的代谢拮抗剂，用做抗肿瘤药。,4,、利用组合化学和高通量筛选得到先导化合物,在上世纪八十年代初，科学家提出一种新药研究的新思路，即对含有数十万乃至数百万个化合物的化学品库进行同步的合成和筛选，这一方法现叫做,组合化学,(Combinational Chemistry),。,组合化学,化合物库,的构建是将一些基本小分子如,氨基酸,、,核苷酸,、,单糖,等通过化学或生物合成的手段装配成不同的组合，由此得到大量具有结构多样性的化合物分子。,传统化学合成,组合化学合成,组合化学也被称为,非合理药物设计,(Irrational Drug Design),，其研究策略是采用构建大量不同结构的化合物库，并不进行混合物的分离，通过,高通量筛选,(High-Throughput Screening),，发现其组分具有生物活性后再进行分离并确定其结构。对没有活性的大量化合物就不做结构确证和分离的工作。所得到的活性化合物可成为进一步研究的先导化合物。,高通量筛选是组合化学能否实施的一个关键。以影响生命过程的一些环节的,酶,、,受体,、,离子通道,作为药物作用的靶标进行分离，纯化和鉴定，由此建立起,分子,、,细胞水平,的高特异性的体外筛选模型。在此基础上加上,自动化操作系统,，即可以实现,高通量、快速、微剂量,的筛选。,二、先导化合物的优化方法,在新药研究过程中，确定了先导化合物后，进一步的工作就是对先导化合物进行优化，以得到与先导化合物类似结构的较好的药物。使其活性更强、选择性更好、毒副作用更小以及具有符合使用的药代动力学性质。,通常用于先导化合物优化的方法有：,采用生物电子等排体进行替换、前药设计、软药设计、定量构效关系研究,等等。,1,、采用生物电子等排体进行替换,元素周期表中同族元素最外层的电子数目相等，它们的理化性质亦相似。这一关系被扩大到外层电子数相等的原子、离子或基团，被称作,电子等排体,。,外层电子数,4,5,6,7,N,+,P,S,Cl,P,+,As,Se,Br,S,+,Sb,Te,I,在半合成抗生素中，环内等价电子等排体（噻吩环、噻唑环、四氮唑环）的并相互替代应用的较多。,利用生物电子电子等排体对先导化合物中的某一个基团逐个进行替换得到一系列的新化合物，是药物化学家设计研究药物的经典方法。对得到的化合物进行药理筛选，可能得到比先导化合物更优的化合物或药物。,2,、前药设计,药物经过化学结构修饰后得到的化合物，在体外没有或很少有活性，但在生物体或人体内通过酶的作用又转化为原来的药物而发挥药效时，则称原来的药物为,母体药物,(Parent Drug),，修饰后得到的化合物为前体药物，简称,前药,(Prodrug),。,概括起来前药设计的目的主要有以下四个方面。,增加药物的代谢稳定性。,干扰转运特点，使药物定向靶细胞，提高作用选择性。,消除药物的副作用或毒性以及不适气味。,改变溶解度以适应剂型的需要。,如羧苄青霉素口服时对胃酸不稳定，易被分解失效。将其侧链上的羧基酯化为茚满酯则对酸稳定，可供口服，吸收得以改善。,雌二醇等天然雌激素在体内迅速代谢，作用时间短暂。与长链脂肪酸形成的酯类，因不溶于水而贮存于体内脂肪组织中成为延效制剂。,利用作用部位的某些特异的物理及化学或生物学特性，应用前药原理设计前体药物，可使,药物在某些特定靶组织中定位,。,如果化合物具有较高毒性，但对病理组织细胞有良好治疗作用，则可以在药物分子上引入一个载体，使药物能转运到靶组织细胞部位，而后，通过酶的作用或化学环境的差异使前药在该组织部位分解，释放出母体药物来,。,许多有效的抗癌药物就是根据这种设想而设计的，例如从,氮芥到环磷酰胺。,许多药物由于,味觉不良,而限制其应用。例如抗疟药奎宁具有强烈的苦味，利用奎宁分子中的羟基使其成为碳酸乙酯，由于水溶性下降而成为无味奎宁，适合于小儿应用。许多抗生素都有强烈的苦味，例如氯霉素、红霉素等，就是利用结构中的羟基酰化作用来遮蔽苦味的，常用的前体药物有氯霉素棕榈酸酯和琥珀酸酯，红霉素碳酸乙酯和硬脂酸酯等。,3,、软药设计,设计出容易代谢失活的药物，在完成治疗后，按预先规定的代谢途径和可以控制的速率分解、失活并迅速排出体外，从而,避免药物的蓄积毒性。这类药物被称为,“,软药,”,(soft drug),。,阿曲库铵在生理,pH,和体温下，进行消除，生成,N,-,甲基四氢罂粟碱和其它代谢物，链上的双酯也可被血浆中的酯酶水解，这种性质避免了,氯筒箭毒碱类,肌肉松弛药的蓄积中毒副作用,。,4,、定量构效关系研究,一般的,构效关系,的研究是根据同类药物的结构变化，讨论其活性变化的有无或趋势，而,定量构效关系,是用数学函数式来表示,同类药物,结构变化后活性的改变。,同类药物是指具有相同基本结构并有同一药理作用类型的药物。用于先导物的优化则是指同一个先导物用不同的电子等排体进行替换得的一系列同类物。利用所得的数学函数式可以预测未合成的化合物的活性和估计同类药物中活性最优的化合物。,定量构效关系经常使用的物理化学参数如下表所示：,在使用的参数中，有的需用化合物测定，有些可根据已有数据进行计算。现在已积累了很多用于定量构效关系研究的数据，可在文献中查到。利用这些数据可以推算未合成的化合物的数据，使之可进行活性预测。,利用定量构效关系方法进行先导物优化的一般过程如图所示：,计算机辅助药物设计简介,随着,计算机图形学,的发展，,在,20,世纪,80,年代初,期出现了,计算机辅助分子造型术（,Computer-Aided Molecular Modeling,）,，该技术一问世，立刻受到了药物化学家的关注。药物化学家把该技术与新药设计的一个分支,合理药物设计（,Rational Drug Design,）,相结合，迅速发展成现在总称为,计算机辅助药物设计（,Computer-Aided Drug Design,，,CADD,）,的一大类方法，成为新药设计的一个有力的研究工具。,依据合理药物设计的基本假定，药物的活性是因一个药物的小分子（,配体，,Ligand,）和另一个较大的分子受体（,Receptor,）或酶（,Enzyme,），通常是蛋白质分子相结合而产生的。,研究小分子和大分子的立体空间和化学键力的相互作用，是合理药物设计的重要内容。为了直观地表示小分子和大分子之间存在立体空间和化学结合作用，,早期的研究者,用示意图和各种,分子模型,来进行研究。,二氢叶酸还原酶的分子模型,计算机辅助分子造型术既可以在显示器屏幕上建立三维化学分子结构模型，而且可利用多年来,计算机化学（,Computer Chemistry,）,的成果，在这些模型基础上来计算各种分子的特性和分子间的相互作用。,利用这种图示化的技术，化学家可在显示器屏幕上随意剪裁、连接、建造和组合分子，使之适应所作用的大分子,。,小分子和大分子结合的示意图,计算机辅助药物设计现包括一系列用于药物研究的计算机图示和计算方法，主要有：分子造形术,(Molecular Model),，分子作用力学方法,(Molecular Mechanics),，分子动力学方法,(Molecular Dynamics),，静电学方法,(Electrostatics),，量子力学方法,(Quantum Mechanics),，计算化学方法,(Computational Alchemy),，对接术,(Docking),，从头设计法,(De Novo Design),，构象分子场分析方法,(Conformational Molecular Field Analysis,，,Comfa),，,3-D,定量构效关系,(3-D Quantitative Structure-Activity Relationships,，,3-DQSAR),，药效团建模法,(Pharmacophore Modeling),等。,广义的计算机辅助药物设计,也包括利用计算机,搜寻，检索资料，处理信息。,如现在建立的受体和酶的,X-,衍射数据库，蛋白质的立体结构数据库。组合化学（,Combination Chemistry,）和高通量筛选（,High Throughput Screen,）也都必须使用计算机处理。,在用计算机辅助药物设计时，可根据受体的化学和几何结构是否已知，把研究的问题分成两大类：,对接问题,和,确定药效团问题,。,如果受体的结构已知,，目标为设计可置于受体的连接腔里，形成低内能的受体,-,药物复合物的小分子药物。该问题简称为,对接问题,。,实际上迄今为止，采用,X-,射线衍射结晶法或核磁共振技术法详尽研究过的受体的数量较少，大部分,受体的三维结构都不清楚,。一般是通过实验发现受体的配体，,利用这些配体的几何结构和化学特征，通过计算机的帮助得到受体的信息，,特别是得到该类药物的,药效团,(Pharmacophore),。该类问题简称为,确定药效团问题,。,现已有一些成功的实例的报道。例如,美国加州大学,的研究人员,以,HIV,蛋白酶为靶,进行酶抑制剂设计的研究。先利用,HIV,蛋白酶的晶体结构数据推算出该酶结构的互补结构。再以化合物结构数据库中分子形状进行对比，叠合，打分。然后对分数高的进行合成和活性筛选。,依照他们与蛋白质表面形成氢键能力的大小；分子侧链被酶的底物包容的情况及合成的难易程度，筛选出一个化合物，,溴哌醇。,其羟基恰好可以与酶活性部位的天冬氨酸作用。对进一步修饰改造的,氟哌啶醇,及还原的,羟基哌啶醇,所进行的活性测定表明其对,HIV,蛋白酶有抑制活性，并具有很高的选择性。这说明用计算机数据库方法寻找先导化合物是可以成功的。,计算机辅助药物设计方法现已在制药工业中得到广泛的应用。很多用于计算机辅助药物设计的,软件已经商业化,，也有很多数据库被商品化或可免费使用。,据报道：现在,每项有一定规模的新药研究工作,中，计算机辅助药物设计的研究都是一部分基本的研究内容；现在,世界上每一个大的制药公司,都在使用计算机技术以加速新药的研发速度。,临床候选药物的研究与开发,新药从发现到上市的过程及所需要的大致时间,一、临床前体内外药效学评价,有效性,是新药治病救人的首要条件，也是评价新药的基础。一个化合物首先必需有效才有可能成为药物。所以，药效评价是新药评价中重要而且必须及早完成的工作。药效的评价应该在从生物实验到临床试验的所有阶段进行。药物是否有效最终是由临床试验决定的，但未经临床前药理学评价的物质不能直接用于临床，这不但存在着该物质是否有效的问题，还涉及安全性、伦理道德与人权的问题。,药效学实验也是新药的,药理研究,的一部分。药理学通过,定向筛选,、,普遍筛选,、,高通量筛选,等药理筛选试验可以筛选出有效而毒性小的药物，供药效学比较研究；也可能意外的发现创新型药物、新的药物结构类型或新的作用机制。因此新药药效学评价一方面,评选新药,，另一方面是,发现新药,。,1,药效学研究的内容：,新药的药效学研究是研究药物的生化、生理效应及机制以及剂量和效应之间的关系，主要评价拟用于临床预防、诊断、治疗作用有关的新药的药理作用的观测和作用机理的探讨。,2,药效学研究的目的,药效学研究的目的：,确定新药预期用于临床防、诊、治目的药效,确定新药的作用强度,阐明新药的作用部位和机制,发现预期用于临床以外的广泛药理作用。,从而为新药临床试用时选择合适的适应症和治疗人群以及有效安全剂量和给药途径，为新药申报提供可靠的试验依据及促进新药的开发。,3,药效学评价实验设计,药效研究的基本要求如下：,方法应有两种以上，其中必须有整体实验或动物模型实验，所用方法和模型要能反应药理作用的本质,指标应能反映主要药效作用的药理本质，应明确、客观、可定量,剂量设计能反应量效关系，尽量求出,ED50,或有效剂量范围,实验应用不同形式的对照（如溶剂对照、阳性药对照）,给药途径应与临床用药途径一致。,实验设计要求如下：,实验设计原则：,重复、随机、对照,试验方法和实验动物选择,体外试验,：,方法简便，敏感性高，比体内法用药量少，结果判断更直接，尤其适用于大样本筛选，可初步确定被研究对象能否产生某方面的药理作用；但,缺乏对机体整体性的调节，也往往不能反映药物代谢物可能产生的作用。,体内试验,：反映,的药效结果可靠性大，与临床实际治疗应用比较相近。药物体内试验结果往往是其药效评价的主要指标。在动物体内试验中，动物选择是否得当，直接关系着实验的成功和质量高低。,4,药效学评价分析,药效学评价分析是通过药效试验，应用有关指标对药物的科学评价。通过评价证明某一药物具有何种药效作用，作用强度如何，是否比标准药物作用强，强多少倍；作用是否持续，强度变化是否随时间变化，剂量变化是否有明显的规律；有什么特点；受什么因素的影响。,药效评价的定量分析方法：,量,-,效关系分析,时,-,效关系分析,构,-,效关系分析,时,-,量关系分析,药,-,靶关系分析,5,新药作用机制的研究,药物作用机制的研究不但有助于阐明药物治疗作用和不良反应的本质，同时对于提高疗效，设计新药，了解生命现象具有重要意义。,虽然各国,新药审批,的规定对药理作用机制的研究都提得比较笼统，但是如果作用机制不清楚，仅仅一个新药疗效好，毒性小就可以临床应用，对新药研发可能是一大不足。,当,发现新药有新作用机制,时,一方面，尽快开展全面的药效学，安全性和临床评价以期早日成功,另一方面，发现此新作用机制的苗头时，应该尽早收集类似化合物进行综合评选，以获得更优的候选化合物。甚至可能从以淘汰的候选药物中发现其新的疗效。,二、临床前安全性评价,安全性研究始终贯穿于新药开发的全过程，而一般把临床安全性研究纳入新药临床研究及药物不良反应监测的范畴，就非临床研究项目时间花费而言，,急性毒性、长期毒性、生殖毒性、致突变试验、致癌试验等,安全性评价研究约占整个临床前研究时间的,90%,。,临床前安全性评价的质量主要就是看是否认真实施,非临床实验研究规范,(Good laboratory Practice for Non-clinical Laboratory Studies,，简称,GLP),为从源头上提高药物研究水平，保证药物研究质量，我国国家食品药品监督管理局规定，自,2007,年月日起，新药临床前安全性评价研究必须在,经过,药物非临床研究质量管理规范（,GLP,）,认证,的实验室进行。否则，其药品注册申请将不予受理。,（一）新药临床前安全性评价的目的,预测临床用药的安全性，为临床研究提供可靠的参考,。,确定新药毒性的强弱，找出毒性反应及毒性反应的剂量，为临床安全监测、可能发生的毒副反应及预防和解救措施提供依据,确定新药安全剂量的范围，阐明在多大剂量范围有效且不产生毒副作用,寻找毒性的靶器官，损伤的性质、程度及可逆性,（二）新药临床前安全性评价的内容,1,一般毒理学试验,全身性用药毒性试验,单次给药毒性试验,多次给药毒性试验,(,亦称长期毒性试验,),局部用药毒性试验,过敏性试验,2.,新药特殊毒性试验,遗传毒理学试验,生殖毒性试验,致癌试验,三、临床前药学研究,药学评价主要工作应在临床前进行，全面开展,原料药和制剂的实验室研究,，完成新药临床试验所需要的药学方面的工作，为,期临床评价做好准备。,（一）原料药研究,1.,原料药药学研究的目的,完成药物合成小试研究，进行实验室批量制备，积累充分实验数据，为过渡到中试生产准备资料,提供临床前生物学评价、制剂和分析研究所需要原料药,从实验室批量制备的合格样品中，随机留样,35,批，进行稳定性试验，包括长期留样观察和加速试验,新药系统分析研究，包括测定各种理化性质、鉴别试验、纯度分析、含量测定和杂质检查等，还有对主要杂质进行分离、鉴定并测定其含量,制订临床研究用新药质量标准草案，提供,I,期临床评价用原料药。,2.,原料药药学研究的具体研究内容,化学原料药制备工艺研究,化学结构确证,理化性质,分析鉴别,质量控制,药物稳定性研究,（二）制剂研究,1.,制剂研究的目的,确定剂型,建立主药含量测定方法,根据剂型特点和原料药理化性质、选好适宜包装材料，制成上市包装样品,开展制剂生物利用度或体外溶出度研究,制订临床研究用药制剂质量标准草案，提供合格人用制剂，供,I,期临床评价,2.,制剂研究的具体内容,剂型设计,药物制剂的处方工艺设计,质量标准研究,稳定性研究,四、药物临床研究,在新药研究开发的最后阶段，药物的临床评价研究肩负着在健康受试者和病人评价新药的安全性和有效性的使命，对药物能否生产上市有重要的作用。一种新药从正式进入开发计划到完成研究上市，一般需要,810,年的时间，其中大部分时间花在临床评价上，临床费用数千万美元甚至上亿美元。时间和金钱足以反映临床研究的重要和艰巨。,（一）新药临床研究的基本原则,1,法规原则,2,医学伦理原则,3,试验设计原则,4,研究道德原则,5,统计分析原则,（二）新药临床研究,在大多数国家，新药临床试验分为四期，并对每期临床实验提出了基本的原则和技术要求。,期临床试验：初步的临床药理学及人体安全性评价试验。观察人体对于新药的耐受程度和药物代谢动力学，为制定给药方案提供依据。,期临床试验：随机盲法对照临床试验。对新药有效性及安全性作出初步评价，推荐临床给药剂量。,期临床试验：扩大的多中心临床试验。应遵循随机对照原则，进一步评价有效性、安全性。,期临床试验：新药上市后监测。在广泛使用条件下考察疗效和不良反应（注意罕见不良应）。,（,三）药品临床试验管理规范（,GCP,）,GCP,是国际公认的临床试验标准，它从申办者、研究者、受试者、管理者的各自责任以及相关关系和工作程序等内容，规范以人体为对象的临床试验的设计、实施、进行和总结，以确保临床试验结果的科学性和符合医学伦理道德标准。,90,谢 谢！,G,蛋白偶联型受体,G,蛋白腺苷酸环化酶信号转导途径示意图,