基于核酸原理的药物设计.ppt

第五章第五章 基于核酸基于核酸原理原理的的药物设计药物设计 药物设计学药物设计学【学习要求学习要求】1.掌握基于核酸生物代谢合成原理的药物设计主要策掌握基于核酸生物代谢合成原理的药物设计主要策略。略。2.熟悉核苷类药物的结构特点及反义核酸熟悉核苷类药物的结构特点及反义核酸 与与siRNA的主要作用机制。的主要作用机制。3.了解核酸的生物合成过程。了解核酸的生物合成过程。核酸是生物体内遗传信息储存与传递的一个重要载体，核酸是生物体内遗传信息储存与传递的一个重要载体，在生物功能的调控上也发挥着极其重要的作用，随着人在生物功能的调控上也发挥着极其重要的作用，随着人们对核酸的结构与功能认识的不断深入，核酸正在发展们对核酸的结构与功能认识的不断深入，核酸正在发展成为一个药物设计的重要靶点。成为一个药物设计的重要靶点。基于核酸代谢机制；基于核酸序列结构；基于核酸代谢机制；基于核酸序列结构；基于基于DNA双链双链结构；基于结构；基于RNA三维结构。三维结构。腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶次黄嘌呤次黄嘌呤第一节第一节 核酸的生物合成核酸的生物合成 1.从头合成途径（从头合成途径（de novo synthesis）即利用磷酸核糖、氨基酸及二氧化碳等简单物质，在即利用磷酸核糖、氨基酸及二氧化碳等简单物质，在一系列酶的作用下合成嘌呤核苷酸。一系列酶的作用下合成嘌呤核苷酸。2.补救合成途径（补救合成途径（salvage synthesis）即利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，在酶的作用下合即利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，在酶的作用下合成嘌呤核苷酸。成嘌呤核苷酸。这两种合成途径在不同组织中的重要性各不相同，例这两种合成途径在不同组织中的重要性各不相同，例如在肝组织中只进行从头合成，而在脑、脊髓等组织如在肝组织中只进行从头合成，而在脑、脊髓等组织中则只能进行补救合成。中则只能进行补救合成。一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成从头合成从头合成除某些细菌外，几乎所有生物体都能经从头合成途径除某些细菌外，几乎所有生物体都能经从头合成途径合成嘌呤核苷酸。合成嘌呤核苷酸。在嘌呤核苷的生物合成中，生物体不是先合成嘌呤，再在嘌呤核苷的生物合成中，生物体不是先合成嘌呤，再与磷酸核糖结合生成核苷酸，而是从与磷酸核糖结合生成核苷酸，而是从-D-5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸（焦磷酸（PRPP）开始，经过一系列的酶促反应，生成）开始，经过一系列的酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸，然后再转变成其他嘌呤核苷酸。，然后再转变成其他嘌呤核苷酸。补救合成补救合成二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成UMP从头合成从头合成在生物合成中，尿嘧啶、尿嘧啶核苷和尿嘧啶核苷酸在生物合成中，尿嘧啶、尿嘧啶核苷和尿嘧啶核苷酸都不能直接通过氨基化而转变成相应的胞嘧啶化合物，都不能直接通过氨基化而转变成相应的胞嘧啶化合物，UMP只有转变为只有转变为UTP后，才能氨基化生成后，才能氨基化生成CTP。dTMP是是DNA的组成部分，它是由的组成部分，它是由dUMP经甲基化而生经甲基化而生成的。成的。dNDP的生物转化途径的生物转化途径脱氧核糖核苷酸是脱氧核糖核酸合成的前体，脱氧核脱氧核糖核苷酸是脱氧核糖核酸合成的前体，脱氧核糖核苷酸中的脱氧核糖并非是先生成后再组合到脱氧糖核苷酸中的脱氧核糖并非是先生成后再组合到脱氧核苷酸分子中的，而是通过核糖核苷酸的还原作用，核苷酸分子中的，而是通过核糖核苷酸的还原作用，以氢取代核糖分子中的以氢取代核糖分子中的C-2位的羟基而生成的。位的羟基而生成的。还原反应是在还原反应是在核苷二磷酸核苷二磷酸NDP水平上进行水平上进行的的。补救合成补救合成磷酸化酶磷酸化酶催化各种嘧啶与核糖催化各种嘧啶与核糖1-磷酸或磷酸或2-脱氧核糖脱氧核糖1-磷酸生成嘧啶核苷，然后嘧啶核苷经磷酸生成嘧啶核苷，然后嘧啶核苷经细胞激酶细胞激酶的作用的作用生成嘧啶核苷酸。生成嘧啶核苷酸。第二节第二节 代谢拮抗类抗肿瘤、代谢拮抗类抗肿瘤、抗病毒药物的设计抗病毒药物的设计一、叶酸类抗代谢物一、叶酸类抗代谢物叶酸是核酸生物合成的代谢物，也是红细胞发育生长叶酸是核酸生物合成的代谢物，也是红细胞发育生长的重要因子。叶酸缺乏时，白细胞减少，因此叶酸拮的重要因子。叶酸缺乏时，白细胞减少，因此叶酸拮抗剂可以用于缓解急性白血病。抗剂可以用于缓解急性白血病。存在于自然界中的叶酸有二氢叶酸和四氢叶酸两种形存在于自然界中的叶酸有二氢叶酸和四氢叶酸两种形式，但在人体中只有四氢叶酸具有生理功能，二氢叶式，但在人体中只有四氢叶酸具有生理功能，二氢叶酸还原酶（酸还原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）催化二）催化二氢叶酸还原为四氢叶酸。在核酸的生物合成中，四氢氢叶酸还原为四氢叶酸。在核酸的生物合成中，四氢叶酸是一碳单元的供给体。叶酸是一碳单元的供给体。氨基蝶呤（氨基蝶呤（AMT）和和甲氨蝶呤（甲氨蝶呤（MTX）是最早用于）是最早用于肿瘤临床治疗的二氢叶酸还原酶抑制剂，它们的肿瘤临床治疗的二氢叶酸还原酶抑制剂，它们的化学化学结构与叶酸相似，通过竞争性抑制结构与叶酸相似，通过竞争性抑制DHFR的活性，阻的活性，阻断二氢叶酸还原成为四氢叶酸，从而使细胞内的断二氢叶酸还原成为四氢叶酸，从而使细胞内的N5，N10-亚甲基四氢叶酸减少直至耗竭，导致一碳单位的亚甲基四氢叶酸减少直至耗竭，导致一碳单位的供给源中断，减少了供给源中断，减少了DNA、RNA和蛋白质的生物合成，和蛋白质的生物合成，细胞最终死亡。但长时间使用会在体内蓄积，因此细胞最终死亡。但长时间使用会在体内蓄积，因此毒毒副作用大副作用大，并且易产生，并且易产生耐药性耐药性。（一）二氢叶酸还原酶抑制剂（一）二氢叶酸还原酶抑制剂5-33（一）二氢叶酸还原酶抑制剂（一）二氢叶酸还原酶抑制剂为提高对肿瘤作用的选择性以及克服为提高对肿瘤作用的选择性以及克服MTX易产生耐药易产生耐药性的缺点，人们对性的缺点，人们对MTX和和AMT的结构进行各种形式的结构进行各种形式的改造的改造。叶酸叶酸依达曲沙依达曲沙 普拉曲沙普拉曲沙（二）胸苷酸合成酶抑制剂（二）胸苷酸合成酶抑制剂 由于胸苷酸合成酶是从脱氧尿苷酸合成胸苷酸时的关键由于胸苷酸合成酶是从脱氧尿苷酸合成胸苷酸时的关键酶，所以发展胸苷酸合成酶特异性抑制剂是近年来抗肿酶，所以发展胸苷酸合成酶特异性抑制剂是近年来抗肿瘤药物研究的一个重要方向。瘤药物研究的一个重要方向。第一个应用于临床的胸苷酸合成酶抑制剂是第一个应用于临床的胸苷酸合成酶抑制剂是炔丙基去氮炔丙基去氮叶酸叶酸（DDPF，5-40），该化合物对胸苷酸合成酶和二），该化合物对胸苷酸合成酶和二氢叶酸还原酶都有抑制作用。氢叶酸还原酶都有抑制作用。5-41是水溶性的胸苷酸合成酶抑制剂，因它不影响是水溶性的胸苷酸合成酶抑制剂，因它不影响RNA合成等细胞内的其他生命活动，故不良反应较小。合成等细胞内的其他生命活动，故不良反应较小。（二）胸苷酸合成酶抑制剂（二）胸苷酸合成酶抑制剂（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂 洛美曲沙洛美曲沙是第一个用于临床的甘氨酰胺核苷酸甲酰基是第一个用于临床的甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂，为四氢叶酸的同类物，其不同之处仅转移酶抑制剂，为四氢叶酸的同类物，其不同之处仅将将5-、10-位的两个氮原子以碳代替。位的两个氮原子以碳代替。洛美曲沙对二氢叶酸还原酶的抑制作用不明显，而主洛美曲沙对二氢叶酸还原酶的抑制作用不明显，而主要抑制甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶，从而抑制嘌呤要抑制甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶，从而抑制嘌呤的合成。的合成。（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂 Agouron公司开发的公司开发的AG2034（5-43）属于第二代甘氨酰）属于第二代甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂，它是基于胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂，它是基于E.coli来源的来源的甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶的甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶的X射线晶体衍射结构设射线晶体衍射结构设计的。计的。甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶活性位点的计算分析表明，甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶活性位点的计算分析表明，硫原子的引入能增加额外的亲和作用。硫原子的引入能增加额外的亲和作用。属于这一类型的抑制剂还有属于这一类型的抑制剂还有Lilly公司开发的公司开发的LY309887（5-44）。目前这些抑制剂都在临床试验中。）。目前这些抑制剂都在临床试验中。（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂（三）甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶抑制剂 洛美曲沙洛美曲沙二、嘌呤类抗代谢物二、嘌呤类抗代谢物主要作用机制主要作用机制1.直直接接或或者者经经过过生生物物转转化化后后模模拟拟天天然然底底物物的的结结构构与与酶酶竞争性结合，从而抑制竞争性结合，从而抑制DNA和和RNA的合成。的合成。2.作作为为伪伪底底物物掺掺入入DNA或或RNA链链，干干扰扰DNA或或RNA的的功能。功能。6-巯基嘌呤巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤6-氯法拉滨氯法拉滨奈拉滨奈拉滨6-甲巯基鸟嘌呤甲巯基鸟嘌呤6-巯基嘌呤是巯基嘌呤是次黄嘌呤次黄嘌呤的衍生物，进入体内后，在次黄的衍生物，进入体内后，在次黄嘌呤嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的催化作用下，与鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的催化作用下，与PRPP反反应生成应生成6-巯基嘌呤核苷酸而发挥作用。巯基嘌呤核苷酸而发挥作用。巯基嘌呤的衍生物巯基嘌呤的衍生物6-甲巯基嘌呤在体外细胞培养时无活甲巯基嘌呤在体外细胞培养时无活性，但在体内具有抗癌活性，这有可能是性，但在体内具有抗癌活性，这有可能是6-甲巯嘌呤在甲巯嘌呤在体内代谢脱甲基后转变成体内代谢脱甲基后转变成6-巯基嘌呤的结果。巯基嘌呤的结果。6-巯基鸟嘌呤的作用类似于巯基鸟嘌呤的作用类似于6-巯基嘌呤，也是次黄嘌呤巯基嘌呤，也是次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的底物，代谢生成鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的底物，代谢生成6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤核苷酸，进一步磷酸化生成核苷酸，进一步磷酸化生成6-巯基鸟嘌呤二磷酸或巯基鸟嘌呤二磷酸或6-巯巯基鸟嘌呤三磷酸，后者是基鸟嘌呤三磷酸，后者是多聚酶的底物多聚酶的底物，可以掺入，可以掺入RNA链中。链中。6-巯基鸟嘌呤也可成为巯基鸟嘌呤也可成为2-脱氧脱氧-6-巯基鸟嘌呤核苷酸或其巯基鸟嘌呤核苷酸或其对应的二磷酸、三磷酸衍生物，而经对应的二磷酸、三磷酸衍生物，而经DNA聚合酶的作用聚合酶的作用掺入掺入DNA链中。链中。6-6-巯基鸟嘌呤的作用类似于巯基鸟嘌呤的作用类似于6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤氯法拉滨经脱氧胞苷激酶磷酸化为单磷酸衍生物后，接氯法拉滨经脱氧胞苷激酶磷酸化为单磷酸衍生物后，接着被其他激酶连续转变成活性形式的三磷酸衍生物着被其他激酶连续转变成活性形式的三磷酸衍生物。氯氯法拉滨三磷酸通过竞争抑制法拉滨三磷酸通过竞争抑制DNA聚合酶，通过聚合酶，通过掺入掺入DNA链中链中而终止而终止DNA链的延长及修复，并能有效抑制核链的延长及修复，并能有效抑制核苷酸还原酶，使细胞内脱氧核苷三磷酸的数目减少，最苷酸还原酶，使细胞内脱氧核苷三磷酸的数目减少，最终导致终导致DNA合成受到抑制。合成受到抑制。奈拉滨是奈拉滨是阿糖鸟苷（阿糖鸟苷（Ara-G）的前药）的前药。尽管。尽管Ara-G的的活性从活性从20世纪世纪60年代就为人们所知，但由于其溶解度年代就为人们所知，但由于其溶解度问题而没有用于临床研究问题而没有用于临床研究。奈奈拉滨的水溶解能力约为拉滨的水溶解能力约为Ara-G的的10倍，它在体内被倍，它在体内被腺苷脱氨酶去甲基化后生成腺苷脱氨酶去甲基化后生成Ara-G，继而被激酶磷酸，继而被激酶磷酸化形成化形成Ara-GTP并连结到并连结到DNA链上。链上。三、嘧啶类抗代谢物三、嘧啶类抗代谢物吉西他滨吉西他滨 卡卡培他滨培他滨5-氟尿嘧啶脱氧核苷5-氟尿嘧啶双呋氟尿嘧啶5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶是根据电子等排原子概念设计的尿嘧啶衍生是根据电子等排原子概念设计的尿嘧啶衍生物。由于氟原子的原子半径与氢原子比较接近，氟代物。由于氟原子的原子半径与氢原子比较接近，氟代物的体积与原化合物几乎相等，同时物的体积与原化合物几乎相等，同时CF键比较稳定，键比较稳定，在代谢过程中不易分解，因此氟原子不干扰含氟药物在代谢过程中不易分解，因此氟原子不干扰含氟药物与相应细胞受体间的相互作用，能在分子水平代替正与相应细胞受体间的相互作用，能在分子水平代替正常代谢物。常代谢物。5-氟尿嘧啶脱氧核苷和氟尿嘧啶脱氧核苷和5-氟尿嘧啶一样，在体内均被转氟尿嘧啶一样，在体内均被转化为化为5-氟尿嘧啶脱氧核苷酸，氟尿嘧啶脱氧核苷酸，5-氟尿嘧啶脱氧核苷酸氟尿嘧啶脱氧核苷酸是是这些药物细胞毒作用的活性形式。这些药物细胞毒作用的活性形式。5-氟尿嘧啶脱氧核苷5-氟尿嘧啶双呋氟尿嘧啶5-氟尿嘧啶是临床上广泛应用于治疗实体瘤的抗肿瘤药氟尿嘧啶是临床上广泛应用于治疗实体瘤的抗肿瘤药物，但是物，但是5-氟尿嘧啶缺乏选择性，给骨髓、胃肠道、中氟尿嘧啶缺乏选择性，给骨髓、胃肠道、中驱神经系统等方面带来毒性。驱神经系统等方面带来毒性。替加氟（替加氟（tegafur）和双呋氟尿嘧啶在体内较稳定，在体）和双呋氟尿嘧啶在体内较稳定，在体内逐渐转变为内逐渐转变为5-氟尿嘧啶，是氟尿嘧啶，是5-氟尿嘧啶的前药氟尿嘧啶的前药，毒性毒性比比5-氟尿嘧啶小氟尿嘧啶小56倍，化疗指数高倍，化疗指数高。5-氟尿嘧啶脱氧核苷氟尿嘧啶脱氧核苷5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶替加氟替加氟双双呋氟尿嘧啶呋氟尿嘧啶地地西他滨西他滨在体内磷酸化后，掺入在体内磷酸化后，掺入RNA和和DNA链中，形成链中，形成非功能性的氮杂非功能性的氮杂RNA和和DNA。卡培他滨卡培他滨是一种具有肿瘤靶向效应的口服是一种具有肿瘤靶向效应的口服5-氟嘧啶核苷氟嘧啶核苷类似物，首先在肝脏由羧基酯化酶转化成类似物，首先在肝脏由羧基酯化酶转化成5-脱氧脱氧-5-氟氟-胞苷，接着由胞苷，接着由胞苷脱氨酶胞苷脱氨酶转化成转化成5-脱氧脱氧-5-氟氟-尿嘧啶，尿嘧啶，最后由最后由胸苷磷酸酶胸苷磷酸酶转化成转化成5-氟尿嘧啶，而后两种酶主要氟尿嘧啶，而后两种酶主要存在于肿瘤组织中。存在于肿瘤组织中。吉西他滨吉西他滨 卡培他滨卡培他滨地西他滨地西他滨阿糖胞苷阿糖胞苷环胞苷环胞苷第三节第三节 核苷类抗病毒药物的设计核苷类抗病毒药物的设计通过对通过对3-羟基进行非羟基化取代、脱氧修饰或羟基进行非羟基化取代、脱氧修饰或L-构型构型修饰后，再被细胞激酶逐步磷酸化而生成三磷酸衍生修饰后，再被细胞激酶逐步磷酸化而生成三磷酸衍生物。物。这些三磷酸衍生物是这些三磷酸衍生物是DNA聚合酶底物聚合酶底物dNTP的竞争性抑的竞争性抑制剂，它们通过与制剂，它们通过与DNA聚合酶结合并连接到聚合酶结合并连接到DNA链上，链上，由于其由于其3-羟基的缺失，不能再继续进行羟基的缺失，不能再继续进行53链的延长，链的延长，因而使病毒因而使病毒DNA的复制被终止，的复制被终止，主要用于治疗主要用于治疗HIV和和HBV。一、基于核苷糖环修饰的药物一、基于核苷糖环修饰的药物齐多夫定齐多夫定 扎西他滨扎西他滨 司他司他夫定夫定拉米夫定拉米夫定 恩曲他滨恩曲他滨 克拉克拉夫定夫定 齐多夫定是第一个获准用于治疗齐多夫定是第一个获准用于治疗HIV-1感染患者的药感染患者的药物。它是脱氧胸苷的类似物，在体内经磷酸激酶的逐物。它是脱氧胸苷的类似物，在体内经磷酸激酶的逐步磷酸化转变成为活性形式的三磷酸衍生物。步磷酸化转变成为活性形式的三磷酸衍生物。三磷酸衍生物是三磷酸衍生物是HIV-1逆转录酶的竞争性抑制剂，阻逆转录酶的竞争性抑制剂，阻碍前病毒碍前病毒DNA的合成。的合成。阿糖腺苷（阿糖腺苷（广谱广谱）地丹诺辛地丹诺辛 阿巴卡韦阿巴卡韦 恩替卡韦恩替卡韦与基于糖环修饰的核苷类抗病毒药物相比，基于碱基与基于糖环修饰的核苷类抗病毒药物相比，基于碱基修饰的抗病毒药物数目较少。碱基的修饰主要集中在修饰的抗病毒药物数目较少。碱基的修饰主要集中在嘧啶的嘧啶的C-5或或C-6位取代、嘌呤杂环的氮杂或去氮修饰位取代、嘌呤杂环的氮杂或去氮修饰等等，主要用于治疗疱疹病毒（主要用于治疗疱疹病毒（HSV和和VZV）。二、基于核苷碱基修饰的药物二、基于核苷碱基修饰的药物碘苷碘苷 碘代脱氧胞苷碘代脱氧胞苷 BVDU利巴韦林（利巴韦林（广谱广谱）3-去氮腺苷（去氮腺苷（广谱广谱）无环核苷可看成是核苷的呋喃糖环被打开的一类核苷无环核苷可看成是核苷的呋喃糖环被打开的一类核苷类似物。目前临床上类似物。目前临床上治疗疱疹病毒（治疗疱疹病毒（HSV、VZV、CMV）感染的药物大多属于无环核苷类化合物感染的药物大多属于无环核苷类化合物。泛昔洛韦的作用过程包括首先在肠壁经酯化酶作用水泛昔洛韦的作用过程包括首先在肠壁经酯化酶作用水解脱去一个解脱去一个4-乙酰基，接着在肝脏脱去另一个乙酰基乙酰基，接着在肝脏脱去另一个乙酰基形成形成6-脱氧喷昔洛韦，脱氧喷昔洛韦，6-脱氧喷昔洛韦再经肝脏醛氧化脱氧喷昔洛韦再经肝脏醛氧化酶的氧化形成喷昔洛韦。酶的氧化形成喷昔洛韦。缬昔洛韦（前药）缬更昔洛韦（前药）泛昔洛韦（前药）三、无环核苷三、无环核苷阿昔洛韦阿昔洛韦 更昔洛韦更昔洛韦 喷昔洛韦喷昔洛韦缬昔洛韦（前药）缬昔洛韦（前药）缬更昔洛韦（前药）缬更昔洛韦（前药）泛昔洛韦（前药）泛昔洛韦（前药）在无环核苷类似物被细胞吸收后，它们要经过在无环核苷类似物被细胞吸收后，它们要经过3个连个连续的磷酸化过程转变为三磷酸形式，然后再与靶酶即续的磷酸化过程转变为三磷酸形式，然后再与靶酶即病毒病毒DNA聚合酶作用。聚合酶作用。在磷酸化过程中，最关键的是第一步磷酸化过程，它在磷酸化过程中，最关键的是第一步磷酸化过程，它是由是由HSV或或VZV中特异病毒编码的胸苷激酶（中特异病毒编码的胸苷激酶（TK）或或CMV中特异病毒编码的中特异病毒编码的UL97蛋白激酶（蛋白激酶（PK）来实）来实现的。现的。无环核苷磷酸酯是在其醚链部分通过无环核苷磷酸酯是在其醚链部分通过P-C键连有键连有1个磷个磷酸基，与酸基，与P-O键相连的磷酸基相比，键相连的磷酸基相比，P-C键不能被细胞键不能被细胞内的酯酶水解。这类化合物由于不需要疱疹病毒的胸内的酯酶水解。这类化合物由于不需要疱疹病毒的胸苷激酶进行一磷酸化，所以具有苷激酶进行一磷酸化，所以具有广谱抗病毒活性广谱抗病毒活性。西多福伟西多福伟 阿德福韦阿德福韦 泰诺福韦泰诺福韦阿德福韦酯阿德福韦酯（前药）（前药）泰诺福韦酯（前药）泰诺福韦酯（前药）第四节第四节 反义核酸与小干扰反义核酸与小干扰RNARNA药物的设计药物的设计反义寡核苷酸药物以及小干扰反义寡核苷酸药物以及小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）药物是在核酸水平上阻断蛋白质的合）药物是在核酸水平上阻断蛋白质的合成，在疾病发生的源头高度特异性地使疾病相关基因成，在疾病发生的源头高度特异性地使疾病相关基因沉默。沉默。反义核酸与靶序列结合后，反义核酸与靶序列结合后，通过两种途径即阻塞或酶水通过两种途径即阻塞或酶水解来终止靶序列的功能。解来终止靶序列的功能。阻塞机制阻塞机制只是通过反义核酸只是通过反义核酸与靶序列结合改变空间结构，与靶序列结合改变空间结构，使参与复制、转录或翻译的使参与复制、转录或翻译的各种酶无法与该序列结合，各种酶无法与该序列结合，从而使功能终止。从而使功能终止。酶水解机制酶水解机制是指反义核酸是指反义核酸与靶序列结合后激活某些与靶序列结合后激活某些酶而将靶序列降解。反义酶而将靶序列降解。反义核酸激活酶的能力直接影核酸激活酶的能力直接影响反义抑制效果。参与水响反义抑制效果。参与水解靶序列的酶最常见到的解靶序列的酶最常见到的是是RNaseH。反义核酸结构的化学修饰方式反义核酸结构的化学修饰方式 磷酸二酯键组成的天然的寡核苷酸易受体内各种酶磷酸二酯键组成的天然的寡核苷酸易受体内各种酶的降解，同时也存在难于透过细胞膜的问题，因此的降解，同时也存在难于透过细胞膜的问题，因此对天然的寡核苷酸进行化学修饰是提高寡核苷酸药对天然的寡核苷酸进行化学修饰是提高寡核苷酸药物的生物利用度所必需的。物的生物利用度所必需的。反义核酸药物反义核酸药物硫代磷酸二酯类硫代磷酸二酯类 MOE类类 构象锁定型构象锁定型 酰胺骨架型酰胺骨架型 反义核酸药物面临的问题反义核酸药物面临的问题透膜能力、酶稳定性和特异性一直是阻碍反义核酸药物透膜能力、酶稳定性和特异性一直是阻碍反义核酸药物发展的瓶颈。发展的瓶颈。通过适当的化学修饰可以部分解决这些方面的问题，但通过适当的化学修饰可以部分解决这些方面的问题，但随之而来的是在大多数情况下将使产品的合成成本大大随之而来的是在大多数情况下将使产品的合成成本大大增加，势必会影响将药品推向市场。增加，势必会影响将药品推向市场。与此同时，其生物学效应研究也有待深入。与此同时，其生物学效应研究也有待深入。siRNAsiRNA药物药物siRNA必须与多种蛋白结合必须与多种蛋白结合形成一种形成一种RNA诱导沉默复合诱导沉默复合体（体（RNA induced silencing complex，RISC），该复合），该复合体由核酸内切酶、核酸外切体由核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶和同源酶、解旋酶和同源RNA搜索搜索活性蛋白等组成活性蛋白等组成。RNAi的作用经过如下过程的作用经过如下过程：外源进入外源进入的长双链的长双链RNA被被Dicer酶识别，以一种酶识别，以一种ATP依赖的方式逐步切割成长依赖的方式逐步切割成长2123个个核苷酸的由正反义链组成的双链核苷酸的由正反义链组成的双链RNA（siRNA），接着由），接着由ATP激活的激活的RISC与双链与双链siRNA结合，并使之解旋结合，并使之解旋和解链，然后在和解链，然后在siRNA反义链指导下，反义链指导下，与与siRNA具有同源序列的靶具有同源序列的靶mRNA结合，结合，并在距离并在距离5-端端1011个核苷酸处将它切个核苷酸处将它切断，导致转录后基因沉默。断，导致转录后基因沉默。siRNA为为2123个核苷酸长的双链个核苷酸长的双链RNA，而且每条链的，而且每条链的3-端都带有两个未配对的核苷酸端都带有两个未配对的核苷酸。在设计在设计siRNA序列时序列时通常要考虑通常要考虑siRNA的序列结构特征、靶的序列结构特征、靶RNA的空间结构、的空间结构、siRNA与与RISC的相互作用以及的相互作用以及siRNA与与mRNA的碱基的碱基错配等。错配等。siRNAsiRNA药物面临的问题药物面临的问题siRNA的的结构、组成及触发结构、组成及触发RNAi的效果，会因基因、的效果，会因基因、种属、细胞类型，甚至实验体系的不同而有变异种属、细胞类型，甚至实验体系的不同而有变异。RNA的稳定性、靶向转运以及毒性也是应用研究中遇的稳定性、靶向转运以及毒性也是应用研究中遇到的主要问题到的主要问题。【思考题思考题】1.什么是核酸的从头合成与补救合成？它们在药物设计什么是核酸的从头合成与补救合成？它们在药物设计中的意义何在？中的意义何在？2.嘧啶类抗肿瘤药物的主要作用机制是什么？为什么说嘧啶类抗肿瘤药物的主要作用机制是什么？为什么说capecitabine具有靶向性？具有靶向性？3.基于糖环修饰的核苷类抗病毒药物具有什么结构特征基于糖环修饰的核苷类抗病毒药物具有什么结构特征？它们的主要作用机制是什么？它们的主要作用机制是什么？4.对天然结构的反义核酸进行化学修饰的意义何在？化对天然结构的反义核酸进行化学修饰的意义何在？化学修饰途径主要有哪些？学修饰途径主要有哪些？5.siRNA具有什么结构特点？具有什么结构特点？6.反义核酸和反义核酸和siRNA具有什么相同与不同之处？具有什么相同与不同之处？