药物高通量筛选的设计与实施

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1、关键词]：高通量筛选,设计,实施,综述健康网讯：    利用计算机模拟技术、组合化学及高通量筛选技术发现新药的研发模式，带动了新药发现技术方法的重要变革。高通量筛选（highthroughputscreening,FITS)又称大规模集群式筛选，是由一些有特定靶点的微量生物筛选方法、自动化／机器人技术和完整数据处理技术有机组合而成，是一种新型的、高自动化、高灵敏度、高通量的筛选发现新药的技术。目前，世界上大型制药企业都无一例外地将其作为驱动新药发现的强力引擎，纷纷引进新药研发领域，使FITS的形式和内容不断丰富发展，并日益呈现出向超高通量筛选发展的趋势。    1HTS系统的组成    1.

2、1高容量的样品库系统高容量的样品库及其数据库管理系统是开展HTS的先决条件。它们可以是生物样品（包括植物、动物和微生物的样品）、从生物样品中提取的活性部位或单体化合物以及人工合成（传统化学合成、组合化学合成）的化合物，化合物数量越多，结构多样性越高，筛选的命中率也越高。    1.2自动化的操作系统自动化操作系统利用计算机，通过操作软件控制整个筛选过程，一般包括计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备及堆栈4个部分，也可以选取不同的组合应用。    1.3高灵敏度检测系统HTS检测系统一般采用液闪计数器、化学发光检测计数器、宽谱带分光光度仪、荧光光度仪以及闪烁亲和分析(scintil

3、lationproximityassay，SPA)等检测方法。检测灵敏度越高，则所需的样品量越少，效果越好。    1.4高特异性的药物筛选系统HTS常用的筛选模型都是建立在分子水平和细胞水平上，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接认识药物的作用机制。常用的筛选模型可分为受体结合分析法、细胞因子测定法、细胞活性测定法、代谢物质测定法以及基因产物测定法等。目前，这些模型主要集中在受体、酶、通道以及各种细胞反应等方面。近年来，基因水平筛选模型可在蛋白质芯片、基因芯片上进行，使筛选模型更加多样化。    1.5高效的数据处理系统HTS对数以万计的样品进行多模型的筛选，数据量庞大，与此相适应的

4、数据库管理系统主要承担样品库管理、生物活性信息管理、HTS服务、药物设计与药物发现功能。它以生物活性数据的加工和处理为主体，综合利用化合物的结构信息资源，可以更好地设计药物，加快药物的发现进程。由于FITS采用高度自动化的操作系统，采用分子、细胞水平的生物活性检测模型，借助高灵敏度的检测仪器对化合物的生物活性进行检测。其优势在于样品（包括化合物以及生物样品）可在微孔板上进行，反应体积仅有几微升到数百微升，样品消耗量小。由于广泛使用基因表达的酶、受体、信号传导因子等，筛选的特异性较高。由于应用自动化系统，每天可对数十以至数百块微孔板进行操作，对数千乃至数万的样品进行检测筛选。另外，归纳化合物的

5、活性数据，得出构效关系，可为药物发现提供极有价值的信息。    2HTS的设计与实施    HTS是从药物作用靶点到活性化合物发现过程，是药物发现系统工程的重要子系统之一。在此过程中，适当安排筛选靶点和测试方法对于建立生物学相关和优质高效的筛选体系至关重要。试剂的供应往往是HTS的瓶颈，必须合理安排试剂部门和筛选部门之间的工作，确保筛选体系充分高效运转。目前，为加快筛选的进度，HTS实验室正逐步采用类似工业化的供应链体系进行管理。总之，HTS系统的实施涉及众多学科，影响因素众多，需要集合包括工程技术、生物学、生物化学、信息技术(IT)、化学等领域专家的智力。以下是在HTS设计和实施中，应特别

6、重视的因素。    2.1作用靶点的选择在选择治疗靶点时，首先应该重点确定靶点与疾病的相关性，但也应重视其他影响HTS体系的重要因素，主要包括技术和化学方面的因素。在技术上应该简洁、高效，化学上则应考虑样品对特定靶点产生的治疗相关效应能否重现在筛选体系中，此效应能否通过筛选被发现，以及是否具有适合作为药物开发的理化性质。    目前，虽然可用于HTS的靶基因和靶标非常有限，但据推算，人类基因组中存在3000～10000个药物的靶点可供疾病治疗开发。HTS实践表明，某些作用靶点化学的可行性更高，如G蛋白偶联受体(GPCRs)、激酶、离子通道、核受体、蛋白酶等。其中，GPCRs和激酶尤其引人注目

7、HTS筛选命中率较高。对于通过蛋白质之间相互作用而发挥效应的靶点，往往难以被HTS成功应用。原因之一在于样品库中的化合物往往不具备足够大的分子体积和结构复杂性，以阻断巨大的发生在靶点上的蛋白质-蛋白质相互作用面。天然产物由于分子较大，结构复杂，易于做到这一点。对于此类受体而言，找到具有令人满意的阻断效应和接近药物属性（如分子量不要太大）的化合物难度很大。最近，有的国外实验室首先筛选出具有阻断作用的小片段，然后