973标书_基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究
项目摘要
项目名称：基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究
主要建议人姓名：
院士
院士
教授
教授
研究员
建议首席科学家姓名、年龄、单位：
40岁
37岁
经费预算金额：2800万元
摘要正文：
疾病对人类的健康和生存构成重大威胁，是世界各国面临的最重要的社会问题之一。当前和今后相当长的时期内药物将是疾病治疗的最主要手段，但由于历史、经济及观念等原因，与发达国家相比我国在药学相关基础研究，特别是创新药物的的基础研究和开发领域比较落后，导致医药产业基础较差，药品来源长期依赖于仿制和进口，每年进口药品达40亿美元以上。在中国加入WTO以后，一方面，由于知识产权保护的限制，药品仿制不可能再成为我国医药产业的中长期目标；另一方面，由于成员国之间的低关税，国外药品将会更多地进入中国市场。这不仅严重影响到我国人民的用药和健康问题，同时也将威胁我国医药产业的生存和发展，进而影响我国医药产业对国民经济的贡献度。因而，建立和发展我国自主的创新药物基础研究和开发体系成为当务之急，缺乏疾病特异性药靶是当前新药研究和开发的瓶颈。同时，对现有药物与机体相互作用机理认识的局限性是造成药物毒副作用的主要原因。因此，药靶的研究是新药研究和开发及临床合理用药中急需解决的重大科学问题。
当前比较成熟的药靶仅500个左右，远不能满足新药研究和开发的需求。估计人类基因中应该有3000-5000个可以作为药物的靶标。由此看来，药物靶标的研究不仅是必须的，而且有很大的探索空间。充分利用有效的靶标发现和功能验证技术，从现有大量的基因组学等信息资源中寻找重大疾病治疗药物的关键靶分子并分析其多态性对药物疗效和毒副作用的影响，为新药研究和开发提供靶标，并为临床安全用药提供理论依据是完全可能的。药靶的研究不仅具有重大的社会
和经济效益，而且具有重要的科学意义。该项研究对保证我国人民的健康和生存、用药安全和有效、促进我国医药产业的国际竞争力、推动我国药物学、生物信息学等相关学科的发展具有重要的意义。
预期目标：
●建立一系列药靶筛选和功能研究技术平台：建立以生物信息学和生物芯片、
化学基因组学和病毒感染基因组学为基础的药靶高通量筛选技术平台；在分子、细胞、动物及人体水平上，建立以生物芯片、反义核酸/RNAi、转基因和基因敲除等技术为核心的系统的药靶验证技术平台。
●建立“组合药靶”的发现策略：基于生命是一个复杂的过程和体系，疾病是
由多个彼此之间存在着相互作用和动态变化的分子引起的这些基本生理和病理现象，提出“组合药靶”的药靶发现策略，验证并完善组合药靶策略的可行性。这一策略的核心思想是：从基因功能网络中筛选疾病特异相关的基因组合，并验证以这些特异性基因组合为靶进行药物筛选的可行性及机理，如果被证明可行，则这些特异性分子组合即称为“组合药靶”。
●建立药靶发现的生物信息学知识系统：整合结构生物学和功能基因组学的信
息资源，建立相应的药靶发现生物信息系统学知识系统，包括数据库、药靶筛选和验证的新算法、新理论等。完成具自有知识产权的人类蛋白组电子字典1项(human protein dictionary)、二级数据库3－5个和新算法2－3个；
●发现若干新型药靶:(1)通过生物信息学手段分析，初步筛选出1000－3000个
潜在药靶，300-500个可供进一步实验验证的候选药靶；(2)通过系统筛选和功能验证，获得3-5个（组）可供抗肿瘤或抗病毒药物筛选的药靶和“组合药靶”；(3)发现2－3个与疗效和毒副作用有关的功能多态性SNP。
研究内容及课题设置：
特异性和可药性(drugability)是一个药靶必须具备的最基本的性质，如何发现特异性和可药性药靶并分析其特点和作用机理是本项目要解决的关键科学问题。针对上述问题，首先拟建立一个药靶发现的技术平台，并将其应用于抗肿瘤和抗乙型肝炎病毒药靶的发现，探索特异性和可药性药靶的特点和规律，为新药靶的发现奠定技术和理论基础。
技术平台的建立拟根据药靶发现的需要，结合国际前沿及我国的研究基础、科研、人员和技术条件，首先基于现有生物信息资源，通过生物信息学、化学基因组学，结合表达谱分析等技术手段，筛选系列候选药靶，然后通过RNAi和反义核酸、生物芯片、酵母双杂交、转基因和基因敲除及生物信息分析等技术，结合肿瘤细胞和裸鼠移植瘤模型对发现的候选药靶进行系统的功能验证，获得特异性和可药性靶标。
就疾病特异性和可药性靶标的验证，拟采用消化系统肿瘤作为主要研究对象，采用“组合药靶”的策略进行探索。考虑到肿瘤是一个多基因相关疾病，从
单一药靶很难达到理想的效果，多靶点干预应该是肿瘤特异性治疗的发展方向。从大量的肿瘤相关基因中发现特异性和可药性的基因组合作为药物多靶点干预的靶标（组合药靶）并阐明其作用机理是本项目的核心内容。
本项目拟针对若干消化系统肿瘤，采用生物信息学和表达谱分析等先进的技术手段选择与肿瘤发生、发展及转移等相关的基因，通过正交设计等统计学方法进行实验设计，应用反义核酸或RNAi技术，结合基于细胞的高通量筛选，验证候选靶基因和基因组合与肿瘤细胞增殖或凋亡的相关性。对其特异性进行分析，发现具有体外特异抗癌作用的候选“组合药靶”。采用生物芯片和蛋白质组学技术，在细胞水平上分析上述“组合药靶”被抑制前后肿瘤细胞基因和蛋白质表达谱的变化，揭示多靶标干预肿瘤细胞增殖等功能表型的分子机理。最后在裸鼠原位或皮下异植瘤模型上验证“组合药靶”的抗肿瘤作用，获得特异性和可药性靶标。
此外，针对某些抗肿瘤药物作用靶标和代谢酶的多态性影响药物代谢、疗效和毒副作用的问题，本项目拟选择代表性药物，系统分析其相关基因多态性，通过药代动力学和临床疗效和毒副作用观察，阐明药靶和代谢酶多态性与药物疗效和毒副作用的关系，并通过突变分析等手段阐明其内在科学规律。
最后为了验证组合药靶发现策略在其它疾病药靶发现中的适用性，项目拟基于病毒感染基因组学的策略，以乙型肝炎病毒(HBV)为例，从宿主细胞中发现HBV感染性疾病治疗的特异性组合药靶。
针对上述研究内容设置以下7个课题:
课题1：药靶发现的生物信息学研究和知识系统的建立
课题2：药靶高通量筛选及其相互作用分析技术体系的建立
课题3：用化学基因组学方法高通量筛选药靶及其配基
课题4：用基因工程小鼠筛选和验证次级药靶
课题5：“组合药靶”的高通量筛选及功能研究
课题6：“组合药靶”基因的多态性分析及其功能研究
课题7：用“组合药靶”的策略从宿主细胞中发现抗HBV药靶
创新点和特色：
●创新的药靶发现策略：通常人们谈到药靶都是指单一分子，但是，基于生命
是一个复杂的过程和体系，疾病是由多个彼此之间存在着相互作用和动态变化的分子引起的这些基本生理和病理现象，本项目提出了“组合药靶”的药靶发现策略。这一策略的核心思想是：药物需要作用一系列疾病特异的靶分子组合才能发挥最佳的治疗效果，该靶分子组合经过筛选和验证，若具有特异性和可药性即为组合药靶。这一观点的验证和应用将给药物靶分子的发现、药物筛选及新药的研究、开发乃至临床用药提供新的理论和实验依据。
●创新的药靶发现生物信息学知识系统：应用自研制的算法软件，整合和挖掘
公开及自有的基因组学数据，实现与本项目内的分子生物学研究间密切的互动、查询与分析，结合基于结构的药物设计技术，形成“药物靶标发现的知识系统”，为靶标的可药性提供线索和基础。
综合的药靶发现技术平台：综合运用生物信息技术、生物芯片、反义核酸和RNAi、蛋白质组学、酵母双杂交、基因敲除等技术，并将其有机的整合在一起，形成一个高效的药靶筛选和功能验证的技术平台，为发现和确证新型药靶提供有力的技术保障。
根据国家需求和项目特点，集成国内的生物信息学、基因组和蛋白质组学、生物化学和分子生物学、生物芯片、反义核酸等先进技术及药学、基础和临床医学等优势学科，联合……等在学科、人才、科研基础和实验材料、实验室、生物信息及技术资源上优势互补的强势单位，协作攻关，争取在短期内建立起我国药靶研究的技术平台，发现若干药物筛选的新型药靶，为我国重大疾病的治疗、创新药物产业的发展及药学学科的发展做出突出贡献。
一、立项依据
1．疾病治疗是急需解决的社会问题，药物是疾病治疗的最主要手段，医药产业将成为21世纪的支柱产业
疾病依然是威胁人类生命健康的头号杀手。全球仅癌症患者就超过4000万人。我国目前每年新增癌症患者已超过160万人，现有肿瘤患者至少300～400万人，年死亡人数超过130万。预计2005年抗肿瘤药物市场将达283亿美元。据世界卫生组织统计全世界3.5亿以上HBV携带者，约1/4发展为肝癌和肝硬化。目前我国HBV携带者1.2亿左右，每年有50万人死于与HBV感染有关的疾病，直接医疗费用约500亿元。当前，药物治疗依然是疾病控制的最常用的手段，因此也是最有市场前景的产业。目前全球医药市场总额已达3000亿美元以上，估计2010年将达6000亿美元。此外，不同病人对同一药物的反应不同，表现为不同的药物疗效和毒副作用一直困扰着临床医疗和制药业，也是肿瘤治疗失败的重要原因。我国仅氨基糖苷类不良用药导致的耳聋病人就超过500万人。药物错误剂量使用使美国每年至少耗费数百亿美元。
2．选择性药靶发现和合理用药是疾病治疗药物研究、开发及临床应用的关键环节和最亟待解决的重大科学问题
当前在药学领域有两大科学问题急需解决：一方面临床应用的大部分药物作用靶标及机理有待阐明；另一方面又有大量新型药靶亟待发现。疾病药物治疗的关键是高效率和高选择性，尤其是特异性药靶的发现及功能阐明等关键科学问题。理想的药靶应功能明确，对发病起关键作用(causative)且具有可药性（drugability）等。
3．人类基因组计划及相关技术为理想药靶的发现及药物的研究和开发提供了良好的机遇和获得重大突破的可能
目前，已分析并公开了600种生物的全基因组序列，其中170种为真核生物。更有意义的是人类基因组全序列分析的完成，功能基因组研究在不断深入。这些成果不仅为阐明生命的本质提供了海量的生物信息资源，同时将为其它学科的发展提供极好的发展机遇。大量基因组学的研究成果和伴之而产生的大量新技术如生物信息学、化学基因组学、生物芯片、蛋白质组学、转基因和基因敲除等技术也为药靶的发现、验证及多态性分析为核心的基因组药物学研究提供了坚实的理论基础、丰富的生物信息资源及高效的技术手段。
4．实现国家人口与健康领域科研战略目标的需要
从基因到药物再到疾病，我国已经在结构生物学和功能基因组学、蛋白质组学、微生物基因组、疾病基因组学、中药复方基础研究和药物先导化合物发现等领域部署了一系列相关课题。纵观这条人体与健康的生命科学项目战略部署链，可以发现缺了两环：一环是从基因到靶标，另一环则是从药物到临床。该项目的
部署不仅可以完善该科学战略部署链，而且可以充分利用其它项目的研究成果并同时为其它项目研究提供技术平台、筛选靶标和理论基础。
总之，开展药靶的研究是创新药物研究和开发的源泉，深入研究有望在药物的研究和开发方面获得突破性进展，实现我国的药物研究源头创新的飞跃发展，进而解决13亿人民治病用药的社会和经济问题。药靶筛选和功能研究是特异性高效，低毒药物发现的前提。该研究有望在药物作用的特异性这一关键科学问题上获得重大突破。
二、内外研究现状及发展趋势
1．研究背景
传统的药靶发现方法一般是通过有显著药理作用的药物，经过分子药理学研究，最终认识药靶。在这一过程中，发现有药理作用的药物是瓶颈。虽然也可以通过动物实验发现有药理作用的化合物，但由于规模、速度和耗费等因素的限制，这一过程很难实现大规模和高效率。
随着生物化学及分子生物学技术的发展人们对疾病认识达到了分子水平，并发现了一批新的药靶，从而使基于机理的药物发现成为可能。此时，以靶标为基础的药物筛选包括模型的建立及化合物的合成和收集，成了新药研究的瓶颈，因此大量的靶标并没有的到充分的利用。随后出现的高通量和超高通量筛选和组合化学技术很好地解决了上述难题，并确实发现了一批很好的新药。为数不多的靶标和成千上万的化合物库很快被筛了无数遍，利用价值越来越小，于是新的药靶的发现很快又成了新药研究和开发的瓶颈。科学家特别是制药公司很快把目光集中到新药靶发现这个瓶颈上。此时，也是人类基因组计划研究如火如荼的阶段，于是药物学家和分子生物学家很快就找到了共同的兴奋点─从人类基因组中寻找疾病相关基因和药靶。为实现这一目标，大量基因特别是疾病相关基因被申请专利，有的还被高价出售给制药公司等，如肥胖基因和端粒酶基因等。但并不是所有的疾病相关基因都能成为药靶，如肥胖基因目前就被人为很难成为药靶。理想的药靶不仅要在疾病的发生和发展中扮演关键(causative)的角色，而且还有具备可药性(drugability)，否则只能是一个疾病标志物而已。因此，药靶的发现和功能验证成了基因组学特别是功能基因组学和药物学领域共同的研究热点，从而也产生了一门新的交叉学科，即基因组药物学。
基因组药物学在生物技术和医药工业界掀起了前所未有的高潮，很多大的制药公司与实验室看到了它的潜在商机，纷纷投入巨资。在短短几年内，已经先后有多家联合体形成，其中的10多家涉及基因组药物学在药物研究和开发中的应用。
2．研究进展
基因组学及相关学科和技术的发展提供了连数学家们都感到恐惧的海量生物信息。面对如此多的信息资源，科学家们在经历了短暂的激动之后，随之而来的便
是茫然。如何利用这些宝贵的信息资源成了后基因组或者说功能基因组时代的重要科学问题，正是在这种背景下产生了生物信息学、生物芯片、酵母双杂交等一系列高通量研究新技术。这些技术不仅在基因组学特别是功能基因组学研究中发挥了重要的作用，而且也是目前药靶发现和验证的核心技术手段。
生物芯片技术经过几年的发展在特异性和灵敏度等方面已基本能够满足基因表达和SNP的研究的要求，并已开始应用于新药靶的寻找和基因多态性的研究。有报导利用基因芯片发现IL-13在L428及KM H2细胞系表达异常升高，从而提示IL-13及其信号转导途径，可能成为治疗何杰金氏病的重要靶标。史克公司利用生物信息学方法，发现了一个治疗骨质疏松的药靶“Cathepsin K”。通过建立P2Y1基因敲除模型和利用选择性P2Y1拮抗剂研究证实P2Y1受体是抗血栓药的药靶。抗体技术也是药靶发现的有效途径之一，利用该技术成功的发现了抑制血管生成的抗肿瘤药靶KDR和VEGF。通过鞘内给予靶向河豚毒素抗性的钠离子通道NaV1.8的特异反义寡核苷酸，可以降低相应神经元的钠电流，减轻神经损伤引起的神经性疼痛，证实了NaV1.8可以作为治疗神经性疼痛特异的分子靶。最近发展的RNAi技术比ASODN特异性更强，已阐明大量基因功能，也可用于药靶验证。m1受体选择性激动剂AC-42的发现证实了化学基因组学策略的价值。AC-42表现出单一的受体结合作用，其结合位点不同于乙酰胆碱的结合位点，且为AC-42显示特异性m1受体激动作用所必需。这一m1受体特异激动剂的出现，就有可能在药理学上证实不同疾病状态下毒蕈碱m1受体的功能。
大量的研究发现药靶、转运蛋白及代谢酶基因的多态性是影响药物疗效和毒副作用的重要因素之一。这种多态性差异可以影响化疗药物对肿瘤患者的疗效和毒性。严重毒性常与药物代谢酶基因的突变相关。最近研究发现，亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHER)的C677T突变可能改变环磷酰胺、甲氨喋呤和5-氟尿嘧啶伍用方案对患者的治疗效果。预计在未来3－5年内应用患者的遗传信息能更精确预测患者对现有一些药物严重不良反应的危险性；在未来的5－10年内能更精确预测患者如何从个体化治疗中获得益处。
总体看，与国际水平比较，国内基因组药物学和药靶的研究还有较大差距，处于非常初步的阶段。但在某些相关科学和技术研究领域也已有相当好的工作基础和条件，甚至有一定的国际影响。我国科学家完成了1%的人类基因组计划，发现了几个有国际影响的新基因；完成了若干病原微生物的全基因组测序。国内多家单位还分析了胎肝、神经及肾上腺等人类代表性组织的cDNA序列，获得了大量有价值得的EST结构和功能信息。国家自然科学基金和国家863还启动了基因组学和功能基因组学等一系列重大课题。在肿瘤、心血管、传染病、精神和神经及衰老等重大疾病的发病机理研究方面也取得了诸多可喜的研究成果。在国家各类科研项目的资助下，已经建立了相当完善的生物信息学研究技术平台，并正在基因功能分析等领域发挥着重大作用。生物芯片技术日趋成熟，一系列用于表达谱分析、基因分型及药物筛选的基因和蛋白芯片已经开始投入使用。发现了系列抗肿瘤等生物活性的反义核酸并建立了比较成熟的用RNAi进行基因功能研究的技术平台。在遗传药理学领域也有多年的工作积累，取得了一系列有国际影
响的研究成果。国家自然自然科学基金还适时启动了药物基因组学和病毒与宿主相互作用的重点项目。此外，针对国际基因组药物学的发展，我国还举办了两次全国和国际性的专题学术研讨会。
3．发展趋势
基因组药物学理论体系正在酝酿和形成的过程中，并有可能促进一系列相关新学科和新理论的形成，产生一个新的科学探索热点和经济增长点。未来基因组药物学的的发展趋势将包括以下几个方向。
疾病治疗特别是多基因相关疾病的治疗将向多靶标发展：生命和疾病是一个非常复杂的生理和病理过程，其中涉及到多基因、多通路多途径的分子功能网络相互作用的过程，如肿瘤的发生和发展就涉及到细胞增殖和凋亡、细胞周期、细胞迁移及血管生成等多个环节的交互作用，想通过单一靶标的作用实现理想的治疗效果是非常困难的。因此，针对多基因疾病相关的“分子群”
寻找组合式药靶将成为未来此类疾病药物研究和开发及治疗的重要发展方向。
靶标特别是药物受体研究向亚型发展：虽然人们早已发现了药物受体存在功能有差异的不同亚型，但缺乏大规模系统研究。随着其结构和功能研究的不断深入，越来越多的靶分子亚型特别是受体亚型将会出现，如现已发现在基因水平上，5－羟色胺受体至少有14个亚型。亚型结构和功能的特异性研究对于高选择性和低副作用药物特别是手性药物的设计具有重要的指导意义。
基因多态性与药物反应差异的问题开始引起重视：药物反应个体差异是临床常见的问题。遗传药理学研究已经证明这与人类不同民族和个体的基因多态性特别是单核苷酸多态性(SNP)密切相关。人类基因组计划特别是比较基因组学的研究证明SNP存在的普遍性后，国际学术和制药界对此研究达到高潮，但是目前的研究多是把目标集中在SNP的发现上，少系统和完整的某一个或一类药物相关SNP研究的资料报导。这种研究方式很难在短期内在指导临床用药方面发挥重大的作用。未来的研究将集中在阐明同一基因和不同基因中多个功能相关的SNP之间的交互作用对药物疗效和毒副做用的综合影响。
感染性疾病特别是新型病毒感染性疾病治疗的靶标将向宿主发展：耐药是以微生物为靶的感染性疾病药物治疗面临的最严重问题，疫苗是一个重要的发展方向，但有两个关键问题：一是目前只有部分微生物可以制备有效的疫苗；二是治疗性疫苗还不太成熟。因此未来感染性疾病治疗小分子药靶标的研究和发展方向将是从宿主细胞中寻找感染相关的关键分子并阐明其与病毒感染的关系。
药靶特别是高特异性药靶的选择将由胞膜向胞内转移：鉴于受体信号转导在胞内有多条通路和环节，仅将药靶的发现局限在细胞膜上的受体是很不合理的，从细胞内寻找药靶不仅可以提供更多的可能性而且功能也会更特异，因为与细胞膜受体相比这些分子处于更下游，功能可能更专一。
4．参考文献
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三、总体目标、五年目标
1．总体目标
通过上述研究建立我国特色的药靶发现和验证的综合性技术平台，发现若干功能明确的药靶。为创新药物的研究、开发及临床合理用药提供新型靶标和理论依据；培养一支药物基因组学研究人才队伍，为我国创新药物的研究、开发乃至临床个体化医疗打下坚实的学科、人才、理论和技术基础。
2．五年目标
预期目标：
●建立一系列药靶筛选和功能研究技术平台：建立以生物信息学和生物芯片、
化学基因组学和病毒感染基因组学为基础的药靶高通量筛选技术平台；在分子、细胞、动物及人体水平上，建立以生物芯片、反义核酸/RNAi、转基因和基因敲除等技术为核心的系统的药靶验证技术平台。
●建立“组合药靶”的发现策略：基于生命是一个复杂的过程和体系，疾病是
由多个彼此之间存在着相互作用和动态变化的分子引起的这些基本生理和病理现象，提出“组合药靶”的药靶发现策略，验证并完善组合药靶策略的可行性。这一策略的核心思想是：从基因功能网络中筛选疾病特异相关的基因组合，并验证以这些特异性基因组合为靶进行药物筛选的可行性及机理，如果被证明可行，则这些特异性分子组合即称为“组合药靶”。
●建立药靶发现的生物信息学知识系统：整合结构生物学和功能基因组学的信
息资源，建立相应的药靶发现生物信息系统学知识系统，包括数据库、药靶筛选和验证的新算法、新理论等。完成具自有知识产权的人类蛋白组电子字典1项(human protein dictionary)、二级数据库3－5个和新算法2－3个；
●发现若干新型药靶: (1) 通过生物信息学手段分析，初步筛选出1000－3000
个潜在药靶，300-500个可供进一步实验验证的候选药靶；(2) 通过系统筛选和功能验证，获得3-5个（组）可供抗肿瘤或抗病毒药物筛选的药靶和“组合药靶”；(3) 发现2－3个与疗效和毒副作用有关的功能多态性SNP。
四、拟解决的关键科学问题和主要研究内容
1.拟解决的关键科学问题
药靶的发现是新药研究和开发的瓶颈。围绕这个问题，本项研究拟解决以下三方面的科学问题：(1) 药靶的特异性问题：一个功能和疾病相关基因能否成为药靶与许多因素有关，理想的药靶必须在疾病发生和发展中扮演重要角色且与其在正常细胞中的功能有明显区别。如何发现特异性药靶并阐明其作用机理是本项目要解决的核心科学问题之一；(2)药靶的可药性问题：并不是所有的疾病相关基因都能够成为药靶，只有那些即能与药物发生相互作用又能引起药物效应的基因才能成为药靶，阐明药靶的可药性特点和规律是本项目拟解决的另一关键科学
问题；(3)多态性对药物作用的影响：患同一种疾病的不同个体对药物的反应有很大差异，这是引起药物疗效不佳和不良反应的最重要原因之一。本项目拟解决的另一科学问题是药靶和药物代谢酶多态性的发现及其与药物疗效和毒副作用的关系。
2．主要研究内容
针对上述科学问题，本项目拟开展以下7个方面的研究内容：
1)药靶发现中的生物信息学研究和知识系统的建立
对结构和功能基因组学的数据进行整合与加工，构建实时注释的人类蛋白组电子字典，其中包括全部已知和in silico预测的蛋白质及其注释，为本项目的生物信息学研究奠定基础。用基因表达谱及蛋白质谱的公开及自有数据，结合二级数据库构建和包括SNPs数据在内的数据挖掘的手段，探索建立疾病中核酸和/或蛋白质相互作用的网络系统；可供对疾病的机制、规律，包括与SNPs的关联进行深入分析和理论探讨。对经分子生物学验证的关健候选靶标进行三维结构分析，为基于结构的药物设计技术铺垫技术平台，提供参考数据和可药性的线索。研制相关的新算法、新软件；建立本项目的LIMS信息管理系统，实现生物信息学与分子生物学研究的互动、查询与分析，完成“新药靶标发现的知识系统”，不仅为本项目提供in silico潜在靶标的来源与验证，还为经分子生物学验证的关健靶标提供三维结构信息，为进一步的药物设计奠定基础。
2)高通量药靶筛选及其相互作用分析技术体系的建立
根据课题1所筛选的与肿瘤发生、发展及转移等环节相关基因的序列，设计并合成出相应的基因探针，制备成基因芯片。用该基因芯片分析人消化系统肿瘤组织（已经具备国际上最系统的人类消化系恶性肿瘤裸鼠原位移植瘤株库，并建立了相应的动物移植瘤模型）的基因表达谱并同时分析其蛋白质表达谱，将得到的表达谱与相应的参考组织比较，通过聚类等生物信息学分析发现肿瘤组织特异性表达的基因或蛋白分子做为候选药靶。
克隆和在酵母中表达300-500个课题1所提供的及上述实验发现的针对肿瘤等疾病的候选药物靶基因或结构域，基于酵母交配技术用酵母双杂交高通量研究候选药靶蛋白或其结构域相互作用蛋白网络，获得与肿瘤相关的差异表达蛋白相互作用的图谱和功能线索。
3)用化学基因组学方法高通量筛选药靶及其配基
在建立并优化基于分子结构的药物虚拟筛选软件及算法的基础上，针对本项目所发现的消化系统抗肿瘤药物候选药靶，进行结构模型建立。应用高通量计算机虚拟方法发现配基，并进行组合化学合成。对合成的多样性配基依次在细胞和动物模型上进行活性评价，筛选出有功能的药靶并通过其它技术进一步验证其功能和可药性，从而获得可供抗肿瘤药物筛选的新药靶。
应用基于细胞功能的高通量筛选方法，对具有结构多样性的化合物库(包括具有抗肿瘤活性的中药有效成分或其提取物)进行筛选，根据细胞功能的变化，发现具有抗肿瘤活性的化合物并在动物水平上进行验证得到活性先导化合物。以该先导化合物为探针(配基)，采用生物芯片和蛋白质组学等技术研究其对基因和蛋白表达谱的影响，发现其作用的候选靶标。通过反义核酸、RNAi、转基因或基因敲除等技术对得到的候选靶标进行功能验证，以获得确证药靶。
4)利用基因工程小鼠寻找和验证次级药靶
病理性血管新生与恶性肿瘤的发展密切相关，血管新生过程涉及多种血管生长调控因子(包括VEGF，Angiopoetin和Jagged1等)的表达变化。这些因子分别涉及血管内皮细胞的增殖、血管通透性和稳定性、及血管重塑等过程。多数因子在肿瘤组织中表达异常，最新研究表明相关信号通路可能是潜在的抗肿瘤药靶。本研究以Angiopoetin1、Jagged1和P53基因剔除小鼠为模型，分析三种不同基因之间的协同功能，比较突变型小鼠和野生型小鼠对不同致癌物和不同抑癌药物的反应性，运用基因芯片比较突变型小鼠和野生型小鼠相关组织的基因表达差异，寻找这些基因的下游调控因子作为潜在的抗肿瘤药物新靶标，并进一步运用转基因和基因剔除技术分析2－3个下游因子作为药靶的可能性。建立用基因工程小鼠寻找和确认药靶的技术平台。
5)5）“组合药靶”的高通量筛选和功能验证
针对若干消化系统肿瘤，基于课题1－4获得的与肿瘤发生、发展及转移等相关的基因，通过正交设计等统计学方法进行实验设计，应用反义核酸和RNAi技术，结合基于细胞功能的高通量筛选验证候选靶基因和基因组合与肿瘤细胞增殖或凋亡的相关性。对其特异性进行分析，发现具有特异抗癌作用的“组合靶标”。采用生物芯片和蛋白质组学技术分析上述“组合药靶”被抑制前后肿瘤细胞基因和蛋白质表达谱的变化，揭示多靶标干预肿瘤细胞增殖的分子机理。在裸鼠原位或皮下移植瘤模型上验证“组合药靶”的抗肿瘤生长和转移作用。通过上述研究探索基于“组合药靶”的特异性药靶发现策略并建立相应的技术体系，为基于机理的特异性抗肿瘤药物的研究提供靶标和理论依据。
6）组合药靶”基因多态性分析与功能研究
鉴于抗肿瘤化疗药物较为严重的毒副作用及基因差异导致药物反应的个体差异，以2-3种代表性肿瘤化疗药物（5-Fu，紫杉醇等）为例，选择与其疗效、毒副作用相关的“组合药靶”，通过大规模基因筛查结合生物信息学分析，确定其多态性在中国人群中的发生频率，以体外克隆表达及临床基因型/表型分析等方法，系统研究与以上药物相关的代谢酶、靶标及转运蛋白等“组合药靶”基因的多态性与药物代谢、疗效和毒副作用等变化的关系，确定基因多态性的功能，建立基于基因分型指导抗肿瘤药物临床个体化医疗的方案，为合理用药提供理论
依据。
7）7）“组合药靶”的策略从宿主细胞中发现抗HBV药靶
根据课题1、文献和本实验室研究发现的HBV感染差异表达基因或蛋白质信息，筛选一批候选靶基因，设计合成探针并制备成基因芯片。利用基因芯片技术和蛋白质组学技术研究乙型肝炎病毒及其编码蛋白分子作用于（或感染和非感染HBV基因）肝细胞前后细胞基因和蛋白质表达谱的变化，同时比较HBV患者和正常人肝组织基因和蛋白质（包括血清）表达谱的变化。通过芯片表达谱生物信息学分析发现差异表达的基因和蛋白质分子，寻找在乙肝病毒感染过程中宿主细胞的主要应答基因和蛋白质分子。对发现的HBV感染相关基因，采用大规模基因测序、分型和生物信息学方法，分析中国人群与乙肝病毒感染、发病有关联的候选基因多态性特点，分析其与乙型肝炎感染、发病、治疗和预后的关系，从而确定和发现一批乙型肝炎易感或抗性基因，作为抗HBV治疗的候选药靶。最后利用“组合药靶”的策略筛选和验证以上关键分子作为抗HBV药物筛选“组合药靶”的可行性。
五、总体研究方案
1．学术思路和技术路线
特异性和可药性(drugable)是一个药靶必须具备的最基本的性质，如何发现特异性和可药性药靶并分析其特点和作用机理是本项目要解决的关键科学问题。本项目首先拟建立一个药靶发现的技术平台(见图1)，并将该技术平台应用于抗肿瘤和抗乙型肝炎病毒药靶的研究，从该研究中发现一些特异性和可药性药靶的特点和规律，为新药靶的发现奠定技术和理论基础。
技术平台的建立，首先根据药靶发现的需要，结合国际前沿及我国的研究基础和技术条件等特色，基于现有生物信息资源，通过生物信息学、化学基因组学技术结合表达谱分析等技术，筛选系列候选药靶，然后通过RNAi和反义核酸、生物芯片、酵母双杂交、基因敲除再结合生物信息分析等技术结合肿瘤原位移植
通
图1. 药靶筛选和验证的总体方案
本项目拟针对若干消化系统肿瘤，采用生物信息学和表达谱分析等先进的技术手段选择与肿瘤发生、发展及转移等相关的基因，通过正交设计等统计学方法进行实验设计，应用反义核酸或RNAi技术，结合基于细胞的高通量筛选，验证候选靶基因和基因组合与肿瘤细胞增殖或凋亡的相关性。对其特异性进行分析，发现具有体外特异抗癌作用的候选“组合药靶”。采用生物芯片和蛋白质组学技术，在细胞水平上分析上述“组合药靶”被抑制前后肿瘤细胞基因和蛋白质表达谱的变化，揭示多靶标干预肿瘤细胞增殖等功能表型的分子机理。最后在裸鼠原位或皮下移植瘤模型上验证“组合药靶”的抗肿瘤作用，获得特异性和可药性靶标(图2)。
此外，针对药物作用靶标和代谢酶的多态性影响药物代谢、疗效和毒副作用的问题，本项目拟选择代表性病例系统分析其多态性。通过药代动力学和临床疗效和毒副作用观察，阐明药靶和代谢酶多态性与药物疗效和毒副作用的关系，并通过突变分析等手段阐明其内在规律。
最后，为了验证组合药靶发现策略在其它疾病药靶发现中的适用性，项目拟以乙型肝炎病毒为例，从宿主细胞中发现抗HBV感染的特异性组合药靶。
图2.组合药靶发现的技术路线
2．创新点与特色
●创新的药靶发现策略：通常人们谈到药靶都是指单一分子，但是，基于生命
是一个复杂的过程和体系，疾病是由多个彼此之间存在着相互作用和动态变化的分子引起的这些基本生理和病理现象，本项目提出了“组合药靶”的药靶发现策略。这一策略的核心思想是：药物需要作用一系列疾病特异的靶分子组合才能发挥最佳的治疗效果，该靶分子组合经过筛选和验证具有特异性和可药性即为组合药靶。这一观点的验证和应用将给药物靶分子的发现、药物筛选及新药的研究、开发乃至临床用药提供新的理论和实验依据。
●创新的药靶发现生物信息学知识系统：应用自研制的算法软件，整合和挖掘
公开及自有的基因组学数据，实现与本项目内的分子生物学研究间密切的互动、查询与分析，结合基于结构的药物设计技术，形成“药物靶标发现的知识系统”，为靶标的可药性提供线索和基础。
●综合的药靶发现技术平台：综合运用生物信息技术、生物芯片、反义核酸和
RNAi、蛋白质组学、酵母双杂交、基因敲除等技术，并将其有机的整合在一起，形成一个高效的药靶筛选和功能验证的技术平台，为发现和确证新型药靶提供有力的技术保障。
3．可行性分析
●有丰富的生物信息、疾病及遗传资源为基础：目前，已分析并公开了600种
生物的全基因组序列，其中170种为真核生物。更有意义的是人类基因组全序列分析的完成，功能基因组研究的不断深入，在为阐明生命的本质提供了海量的生物信息资源的同时也为药靶的发现提供了丰富的矿藏。估计人类基因中蕴藏着约5000-10000个可能作为药靶的基因，考虑到亚型，多态性及蛋白质修饰和构象等问题，实际的药靶数量还要多，而目前已经发现的药靶仅500个左右，这为新药靶的发现提供了非常广阔的探索空间。
●有较优秀的学科带头人、成熟的系列技术、先进的实验室和配套设备为支撑：
“欲善其事，必先利其器”。药靶的发现是一项涉及多学科和技术的交叉性和综合性很强的项目，先进和完善的技术手段和仪器设备及综合应用这些技术手段和设备的能力是实现新靶标发现的最关键因素之一。项目核心单位及协作单位，不仅具有学科优势，而且在药靶发现和验证的关键技术和实验室及配套仪器设备方面也具有明显的优势。如在生物信息学、生物芯片、反义核酸/RNAi、蛋白质组学、基因敲除、药物高通量筛选、先导化合物发现及药物设计等技术领域已经具备国际先进水平的技术平台并均配备有先进的大型专业仪器设备及多个相应的国家和军队重点实验室或中心(参见工作基础部分)，在这些实验室和中心里有多名特聘教授和国家杰出人才基金获得者
(参见研究队伍部分)。
●在相关研究领域有良好的工作基础：国内在基因功能研究等领域有很好的工
作基础，国家自然科学基金和国家“863”和“973”还启动了基因组学和功能基因组学等一些列重大课题，发现了几个有重要功能的新基因，完成了有国际影响的1%人类基因组测序，若干病原微生物的全基因组测序及水稻的基因草图。国内多家单位还大规模分析了胎肝、心肌、神经及肾上腺等人类代表性组织如的cDNA序列，获得了大量有价值得的EST结构和功能信息。
国家“973”在肿瘤、心血管、传染病、神经及衰老等重大疾病的发病机理研究方面启动的系列重大项目，也取得了诸多可喜的研究成果。在国家各类科研项目的资助下，已经建立了相当完善的生物信息学研究技术平台，并正在基因功能分析等领域发挥着重大作用。在首批启动的“973”项目“重大疾病药物先导化合物的发现”的推动下，我国药物研究综合水平有了很大的提高。研究和开发了若干有知识产权的药物设计软件并在国内外推广应用，建立了2个国家级药物高通量筛选中心或基地，通过上述技术平台应用发现了一些先导化合物。国内生物芯片技术日趋成熟，一系列用于表达谱分析、基因分型及药物筛选的基因和蛋白芯片已经开始投入使用。在国家自然科学基金、国家“863”等多年的资助下，发现了系列有抗肿瘤和抗病毒等生物活性的反义核酸，建立了比较成熟的用RNAi进行基因功能研究的技术平台。
在遗传药理学领域也有多年的工作积累，取得了一系列有国际水平的研究成果，国家自然科学基金还启动了药物基因组学及病毒与宿主相互作用的重点项目。
综上，目前国内已经具备了开展以药靶发现为主的基因组药物学研究的资源、科研条件及工作基础。“万事具备，只欠东风”。在国家支持下，有效地组织国内的科研队伍，充分利用国内外生物信息资源及国内的科研基础和条件，短期内，在药靶的发现领域完全可以取得重大突破。
4．项目的组织方式
本项目除要做到参加单位分工协作、优势互补；技术平台共用、科研资源共享；研究目标集中、长短结合及研究内容紧密衔接等组织形式外，还要采取以下几种组织管理方式：
●课题对优秀人才开放：考虑到本项目是所有“973”项目中涉及学科和技术
范围最大的项目，有少数几个单位很难完成，但为了避免参加单位过多，在明确合作方式的基础上，加强与课题组核心单位以外的其它在学科、资源、技术及人才方面有优势的实验室协作，并吸收优秀人才以个人所在实验室身份加入到对口的课题承担单位负责或参加本课题研究，以保证科研队伍组成的最佳化。
●研究课题滚动制：课题实行2＋3的滚动制，制订课题完成质量的定量考核
标准，半年和一年分别进行一次研究进度考核。完成不好的课题将减少科研经费，完成好的课题将增加科研经费。2年完成不好的单位和个人承担的课题将被取消，重新吸收新的课题组进行本课题的研究或将经费集中到其它有望获得较大突破的课题。
●引进企业风险投资，加速课题研究进度和成果产业转化：企业将成为未来创
新药物研究和开发的主体，因此本项目将适时引进企业参与部分课题的延伸研究，加速成果转化，重点是靶标在药物筛选和临床合理用药中的应用这些市场前景明确、经济和社会效益显著的课题。
●成立学术顾问委员会：考虑到基因组药物学研究涉及到许多领域和学科的知
识，为保证项目的顺利完成及与其它“973”项目的无缝衔接，项目将聘请国内外相关领域的著名专家，特别是“973”相关领域的首席科学家，担任本项目的学术顾问并成立相应的顾问委员会，监督本项目的实施，参与本项目的管理并提出合理化建议。
六、课题设置
围绕“基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究”这一主题，设置7个课题。
课题1从生物信息学途径探索和建立高通量筛选候选药靶的平台技术，并对整个项目数据进行整合和信息化管理，实现生物信息学与实验研究数据的互动分析，进而发现药靶发现的新理论、新算法，建立药靶发现知识系统，为其它课题提供生物信息学初筛和验证的潜在和候选药靶及相应的生物信息学分析平台。
课题2-3在课题1的基础上，建立基于实验的药靶高通量筛选和验证技术平台，为课题5提供候选药靶。
课题4在整体水平上进一步确证课题2-3，7提供的经过分子、细胞实验初步验证的候选药靶。同时为课题5提供候选药靶。
课题5利用课题1-4提供的候选药靶进行组合药靶的筛选和功能验证，获得抗肿瘤药物筛选的特异性和可药性组合药靶。
课题6探索抗肿瘤药物相关基因多态性对药物代谢、疗效和毒副作用的影响，为药靶在先导物发现、药物筛选、新药开发及临床个体给药中的应用提供科学依据。
课题7通过其它疾病治疗药物药靶的发现来进一步验证组合药靶发现策略和技术平台的可行性。
课题1：药靶发现中的生物信息学研究和知识系统的建立
研究目标：为实验筛选和验证药靶提供潜在药靶，缩小研究范围，提供数据存取、信息处理和功能分析技术平台，总结并发现药靶生物信息学分析的新理论、新算法，在此基础上建立药靶发现的生物信息系统学知识系统。
研究内容：
●药靶数据库的建立：在建立人类蛋白组实时注释及电子字典的基础上，预测
重要的药靶分子(如膜受体、酶、离子通道、核受体等)，并构建相应的数据库，为实验研究提供靶标。
●基因表达谱的生物信息学研究：提出用于肿瘤及感染性疾病相关基因芯片探
针的设计方案，对实验获得的基因表达谱及蛋白质谱数据进行疾病或药效的关联分析，寻找潜在的药靶分子并在功能分析得基础上确定其作为药靶的可能性。
●组合药靶发现的生物信息学研究：构建疾病相关核酸和/或蛋白相互作用网络
系统，提供寻找和验证药靶的新途径，并为课题4“组合药靶”的发现提供依据。
●功能多态性发现和功能预测：性围绕肿瘤及感染性疾病调控网络基因的SNP
进行动态关联分析；对能够引起氨基酸变化的SNP探讨其可能导致的蛋白质的3D结构变化，对与非编码区的SNP探讨其对基因表达调控的影响，为课题6和课题7提供实验研究的新靶标和依据。
●对重点靶标进行三维结构分析，为基于结构的药物设计铺垫技术平台，提供
数据和可药性的线索。
●药靶发现知识系统的建立：建立LIMS系统，整合并管理实验及生物信息学
数据，实现生物信息学预测与实验结果的互动分析，在此基础上总结并发现药靶研究的新理论、新算法并建立药靶发现知识系统。
承担单位：
负责人及科研骨干：
经费预算：450万
课题2：高通量药靶筛选及其相互作用技术体系的建立
研究目标：建立基于生物芯片、酵母双杂交等药靶高通量筛选和验证的技术平台，阐明分子间相互作用方式或信号传导途径。
研究内容：
●基于生物芯片的肿瘤特异性药靶的筛选和验证：根据课题1所筛选的与肿瘤
发生、发展及转移等环节相关基因的序列，设计并合成出相应的基因探针，制备成基因芯片。用该基因芯片分析人消化系统肿瘤组织（已经具备系统的肿瘤组织资源）的基因表达谱并同时分析其蛋白质表达谱，将得到的表达谱与相应的参考组织比较，通过聚类等生物信息学分析发现肿瘤组织特异性表达的基因或蛋白分子做为候选药靶。
●基于酵母双杂交技术的药靶相互作用研究：克隆和在酵母中表达300-500个
课题1所提供的针对肿瘤等疾病的可能药物靶基因或结构域，基于酵母交配技术用酵母双杂交高通量研究候选药物靶蛋白或其结构域相互作用蛋白网络，获得与肿瘤相关的差异表达蛋白相互作用的图谱和功能线索。
承担单位：
负责人及科研骨干：
经费预算：400万
课题3：用化学基因组学方法高通量筛选药靶及其配基
研究目标：建立靶分子结构和细胞功能为基础的抗肿瘤药靶及其配基高通量筛选和验证的技术平台，发现和验证特异性及可药性抗肿瘤药物药靶。
研究内容：
●药物分子设计为基础的药靶和配基筛选：在建立并优化基于分子结构的药物
虚拟筛选软件及算法的基础上，针对本项目所发现的消化系统抗肿瘤药物候选药靶，进行结构模型建立。应用高通量计算机虚拟方法发现配基，并进行组合化学合成。对合成的多样性配基依次在细胞和动物模型上进行活性评价，从而筛选出有功能的药靶并通过其它技术进一步验证其功能和可药性，从而获得可供抗肿瘤药物筛选的新药靶。
●基于细胞功能的高通量配基和药靶筛选：对具有结构多样性的化合物库（包
括具有抗肿瘤活性的中药有效成分或其提取物，组合化合物库等）进行筛选，根据细胞功能的变化，发现具有抗肿瘤活性的化合物，在动物水平上进行验证，获得活性先到化合物。以该先导化合物为探针（配基），采用生物芯片和蛋白质组学等技术研究其对基因和蛋白表达谱的影响，通过生物信息学分析发现其作用的候选靶标。进一步通过反义核酸/RNAi及基因敲除等技术对得到的候选靶标进行功能确证。
承担单位：
负责人及科研骨干：
经费预算：450万
课题4：用基因工程小鼠筛选和验证次级药靶
研究目标：以筛选和验证药靶的功能为目的，建立基因工程小鼠品系，深入分析药靶基因的功能，研究实验小鼠在候选药靶基因被改造和剔除后对相关药物的生理生化反应，下游信号传导系统是否激活及下游基因表达如何改变等，据此阐明药靶功能并发现新的次级药靶。
研究内容：
●肿瘤血管生成相关次级药靶的筛选：以Angiopoetin1、Jagged1和P53基因剔
除小鼠为模型，分析三种不同基因之间的协同功能，比较突变型小鼠和野生型小鼠对不同致癌物和不同抑癌药物的反应性，运用基因芯片比较突变型小鼠和野生型小鼠相关组织的基因表达差异，寻找这些基因的下游调控因子作为潜在的抗肿瘤药物的次级靶标。
●肿瘤血管生成相关次级药靶的验证：进一步运用反义核酸/RNAi及转基因/
基因敲除技术或裸鼠接种肿瘤细胞模型分析次级靶标对血管生成的影响。
承担单位：
负责人科研骨干：
经费预算；350万
课题5：“组合药靶”的高通量筛选及功能研究
研究目标：建立基于反义核酸和RNAi技术的高通量寻靶技术平台，进行“组合药靶”批量验证，发现可用于特异性抗肿瘤药物筛选的“组合药靶”，建立基于“组合药靶”策略的药靶发现技术和理论研究体系。
研究内容：
●候选组合药靶的筛选：针对若干消化系统肿瘤，基于课题1－4获得的与肿
瘤发生、发展及转移等相关的基因，通过计算机辅助结合正交设计等统计学方法进行实验设计，应用反义核酸或RNAi技术结合基于细胞的高通量筛选，验证候选靶基因和基因组合与肿瘤细胞增殖或凋亡的相关性，并对其特异性进行分析，发现特异性“组合药靶”。
●组合药靶作用机理研究：采用生物芯片和蛋白质组学等技术分析上述“组合
药靶”被抑制前后肿瘤细胞基因和蛋白质表达谱的变化及分子间相互作用模式，揭示多靶标干预肿瘤细胞增殖的分子机理。
●组合药靶特异性和可药性分析：在裸鼠原位或皮下移植瘤模型上验证“组合
药靶”的抗肿瘤作用。通过上述研究探索基于“组合药靶”的特异性药靶发现策略并建立相应的技术体系，为特异性抗肿瘤药物的研究提供科学依据。
承担单位：
负责人及科研骨干：
经费预算；450万
课题6：“组合药靶”基因多态性分析及其功能研究
973标书_基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究
项目摘要 项目名称：基于生物信息的药靶高通量筛选及功能研究 主要建议人姓名： 院士 院士 教授 教授 研究员 建议首席科学家姓名、年龄、单位： 40岁 37岁 经费预算金额：2800万元 摘要正文： 疾病对人类的健康和生存构成重大威胁，是世界各国面临的最重要的社会问题之一。当前和今后相当长的时期内药物将是疾病治疗的最主要手段，但由于历史、经济及观念等原因，与发达国家相比我国在药学相关基础研究，特别是创新药物的的基础研究和开发领域比较落后，导致医药产业基础较差，药品来源长期依赖于仿制和进口，每年进口药品达40亿美元以上。在中国加入WTO以后，一方面，由于知识产权保护的限制，药品仿制不可能再成为我国医药产业的中长期目标；另一方面，由于成员国之间的低关税，国外药品将会更多地进入中国市场。这不仅严重影响到我国人民的用药和健康问题，同时也将威胁我国医药产业的生存和发展，进而影响我国医药产业对国民经济的贡献度。因而，建立和发展我国自主的创新药物基础研究和开发体系成为当务之急，缺乏疾病特异性药靶是当前新药研究和开发的瓶颈。同时，对现有药物与机体相互作用机理认识的局限性是造成药物毒副作用的主要原因。因此，药靶的研究是新药研究和开发及临床合理用药中急需解决的重大科学问题。 当前比较成熟的药靶仅500个左右，远不能满足新药研究和开发的需求。估计人类基因中应该有3000-5000个可以作为药物的靶标。由此看来，药物靶标的研究不仅是必须的，而且有很大的探索空间。充分利用有效的靶标发现和功能验证技术，从现有大量的基因组学等信息资源中寻找重大疾病治疗药物的关键靶分子并分析其多态性对药物疗效和毒副作用的影响，为新药研究和开发提供靶标，并为临床安全用药提供理论依据是完全可能的。药靶的研究不仅具有重大的社会
高通量药物筛选平台现已成为药物筛选者首选
高通量药物筛选平台成为药物筛选者首选，多靶点美罗凯从中脱颖而出 众所周知，创新药物的研究在于药物的发现。但是，药物的发现则是不可控的过程，具有很大的随机性。而药物筛选是指对可能作为药用的物质进行初步药理活性的检测和试验。相比之下，偶然发现并不可靠，药物筛选才是药物研究中极其重要的部分。 从一般药物筛选到高通量药物筛选 随着基因组，合成化学的高通量方法的出现，药物筛选者面临着愈来愈多的新靶标或潜在的有效成分。而传统的药理实验方法，耗时长，劳动强度大，不能适应大量样品的同时筛选，已经无法跟上时代的节奏。 在医学及其相关学科的发展下，大量分子细胞水平的药物筛选模型不断出现，并应用到药物筛选和研究中，使细胞分子筛选方法逐渐实现一物多筛和多物一筛，再配合先进的技术最后形成了高通量药物筛选技术。 高通量药物筛选，可以在同一时间对数以千万的样品进行检测，并以相应的数据库支持整体系运转的技术体系。它的实现，大幅度地缩短了新药发现的时间，提高筛选频率，增加高特异性高生物活性药物的发现率。
美罗凯——抗肿瘤高通量药物筛选平台筛选出的多靶点抗癌产品 在癌症治疗上，中药在近些年来备受推崇，目前有多种植物的抗癌功效已成为国际研究热点。但是，中药单纯地通过熬制，其有效成分并不能完全溶解到药汤中，也不能很好地被人体吸收，抗肿瘤效果微乎其微。只有对中药通过精确的分离和提纯，才能使其真正发挥作用。高通量筛选技术正是中药现代化研究的尝试的技术保障。 拥有世界一流的中药活性组分及单体分离技术的美国克利夫兰癌症研究中心，以HER2、EGFR、STAT3、NF-kB、p53 和Wnt等信号转到关键分子为切入点，建立用于肺癌、肝癌、乳腺癌、前列腺癌及白血病等抗肿瘤药物的高通量药物筛选平台。 该平台筛选了本草纲目的400余种明确其有抗肿瘤功效的天然植物后，得到了一种天然多靶点抗肿瘤天然单体MCBM即美罗凯的主要成分。而MCBM是由紫苏、耳叶牛皮、杜仲雄花、狭基线纹香茶菜、青钱柳叶、茶树花等多种抗癌植物的提取物和纯净水共同组成。 MCBM通过作用于肿瘤信号转到网络中的多个靶点，把几种导致肿瘤的信号及时关闭，扼断肿瘤激活基因，从根部阻断肿瘤细胞传到信号。目前，美罗凯已经在临床上广泛运用，在肺癌的一直效果上尤为显著。
高通量筛选技术简要综述
高通量筛选技术简要综述 药物高通量筛选（HTS）技术，是发现创新药物的重要技术手段之一，已受到药学同行的极大关注。现将近年来药物高通量筛选技术的研究进展做一综述。 发展中的高通量筛选技术 高通量筛选的组合模式近年来，由于自动化技术特别是机器人的应用，在新药研究中出现了高通量筛选技术，该技术将化学、基因组研究、生物信息，以及自动化仪器等先进技术，有机组合成一个高程序、高自动化的新模式，从而创造了发现新药的新程序。由于该技术具有快速、高效等特点，因而成为新药发现的主要手段。 高通量筛选的实验方法分子水平和细胞水平的实验方法（或称筛选模型）是实现药物高通量筛选的技术基础。由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。第四军医大学周四元研究认为，药物高通量筛选模型的实验方法，根据其生物学特点，可分为以下几类：受体结合分析法；酶活性测定法；细胞分子测定法；细胞活性测定法；代谢物质测定法；基因产物测定法。这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。 高通量筛选的特色效用高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10 万种化合物。 高通量筛选技术采用的先进检测方法 光学测定技术：近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。
973标书 黄芪对腹膜透析效能及腹膜间皮细胞与腹腔免
登记序号：计划类别： 分类代码：项目编号： 科技项目计划设计任务书 项目名称：黄芪对腹膜透析效能及腹膜间皮细胞与腹腔免疫功能的影响 承担单位： 单位地址：邮编： 项目负责人：电话： 职务职称： 主管部门：南京市卫生局 填报日期：2002年04月26日 江苏省科学技术厅 二OO一年制
一、立项依据： 1、国内外研究现状、发展趋势及理论实践依据： 随着腹膜透析（Peritoneal Dialysis，PD）技术的不断提高和透析理论的日趋完善，尤其是1976年Popovich提出的连续非卧床腹膜透析（Continuous Ambulatory Peritoneal Dialysis，CAPD）治疗方法带来了腹膜透析的空前繁荣。近年来的流行病学资料表明接受腹膜透析治疗的终末期肾功能不全（End-Stage Renal Disease，ESRD）患者正以每年7.5%的比例迅速增长，目前全球已有超过120000的患者在接受腹膜透析治疗。腹膜透析因其相对于血液透析更高的生活质量、显著的残余肾功能保护、优于或等于血液透析的生存率以及较少的资金花费，故有作者提出，腹膜透析应该是肾脏替代疗法的首选[1,2]。 然而，随着腹膜透析患者寿命的延长，腹膜透析的远期并发症腹膜功能衰竭已成为ESRD患者透析技术性失败的最重要的原因[3]，并成为制约腹膜透析发展的“瓶颈”。资料显示约1/3的腹膜透析患者6年后因腹膜功能衰竭而退出透析治疗。腹膜功能衰竭与长期腹膜透析后腹膜结构和功能破坏进而导致腹膜超滤失败以及溶质转运功能障碍密切相关[4]。腹膜透析液的生物不相容性是导致腹膜功能衰竭的首要原因，腹膜间皮细胞作为腹膜组成部分在这一过程中扮演着重要角色。近年来随着人腹膜间皮细胞标准培养方法和腹膜透析动物模型的确立，腹膜功能衰竭的机理得以初步阐明。腹膜间皮细胞在长期非生理性透析液刺激下，转移生长因子β（TGF-β）mRNA过度表达，TGF-β作为细胞增殖与细胞外基质合成的重要调节因子，导致细胞外基质合成增加和腹膜纤维化[5]，最终导致腹膜超滤失败和溶质转运功能障碍。同时TGF-β也是调节细胞凋亡的重要细胞因子，组织病理学证实腹膜功能衰竭的重要特征表现为腹膜间皮细胞的丧失，过多的TGF-β表达将增加间皮细胞的凋亡，导致间皮细胞的完整性受到破坏，研究表明完整的间皮细胞层可以显著延缓腹膜纤维化的进程。其次，腹膜透析的主要并发症腹膜感染也是导致腹膜功能衰竭的重要原因,反复的炎症刺激使腹膜局部高水平TGF-β持续存在致使腹膜发生纤维化和硬化[6]。目前公认长期腹膜透析时腹腔细胞免疫功能抑制是导致腹膜反复感染的主要原因,尤其是被认为是腹腔细胞免疫功能最重要组成部分和腹膜抵抗细菌感染第一道屏障的巨噬细胞功能的明显抑制。研究表明，腹膜在长期非生理性透析液的刺激下，巨噬细胞功能受到抑制，当腹膜发生感染时透析患者腹腔巨噬细胞功能指标包括吞噬指数、白细胞介素1（IL-1）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）水平显著降低，如果改用更符合生理条件的透析液则可以使腹腔巨噬细胞功能得到明显增强，从而增强腹膜对感染的抵抗能力，减少腹膜炎的发生[7]。最近，腹膜血管在腹膜功能衰竭中的作用也得到重视，充足的血流除了能有效增强腹膜的抵抗力减少腹膜炎的发生外[8]，也是维持长期腹膜透析患者腹膜转运功能的重要因素。腹膜血管血流量减少时腹膜溶质转运和腹膜超滤率均显著下降[9]，研究显示长期腹膜透析患者腹膜血管内皮细胞依赖的血管舒张因子显著减少，从而影响腹膜透析的效能，而如在腹膜透析液中添加扩血管物质硝普纳则能有效提高腹膜透析患者的透析效果。
QPix400微生物筛选系统-MolecularDevices
特点 ?????QPix400 微生物筛选系统：更多功能，更多微生物 APPLICATION NOTE 快速-每天挑30,000个克隆高效-成功率>98%，琼脂糖厚度感应器，自动调整挑针高度 优化-不同微生物组织特异性挑针 靶向-荧光定量，用户自定义挑选参数 智能-智能的克隆挑选软件 无论你是从事发现新一代抗生素，或者挑选克隆测序，还是把微藻转化为生物燃料工厂的研究，为了发现最好的克隆，你可能需要反复地筛选成千甚至上百万个克隆。 而且除了筛选，还需要克隆涂布和克隆复制。自动化克隆筛选系统能够加速和简化这些费力的过程。你需要用基于荧光和形态学的筛选替代在限制性培养基中生长克隆的手动挑选吗？你需要研究其他微生物，而不仅仅是大肠杆菌吗？QPix400微生物克隆筛选系统能完成上述所有的工作，包括基于形态学和荧光强度的克隆筛选，克隆涂布和克隆板的复制，适用于细菌、真菌、藻类、噬菌斑和酵母。 QPix400微生物克隆筛选系统支持更多微生物筛选和多种功能模块，包括荧光强度，蓝/白挑选，克隆大小和邻近度，抑菌圈。你自定义挑选参数，仪器自动完成挑选。 克隆挑选流程 无论你选择哪个挑选模块，QPix400系统的任何型号都遵照相同的流程。1. 打开QPix的软件，2. 设定挑选的参数，比如：克隆大小，克隆形状和其他的形态学特征，对于抑菌圈的检测，在抑菌圈模块下设定参数。3. 克隆在白光成像模式下检测，如需要的话，可以进一步在荧光成像模式下检测。 白光成像克隆筛选 对大多数研究来说，用QPix400系统在白光成像下筛选克隆是最常用的方 法。举个例子，涂布委内瑞拉链霉 菌，37℃培养过夜，然后克隆在白光下挑选。智能化的软件分析图像，满足设定参数的克隆黄色显示并被自动挑取（图1）。不满足设定参数的克隆红色显示。 荧光成像克隆筛选 荧光挑选，可以大大地减少高价值克隆的早期筛选时间（图2）。使用合适的荧光标记，结合形态学参数和功能的自动筛选，快速获取满足要求的，数量更少的克隆，然后进行进一步的下游功能筛选和鉴定，从而节省时间和人力物力。 图1：涂布的委内瑞拉链霉菌(左侧)。智能软件模块基于用户设定参数检测到想要的克隆(中间和右侧，黄色显示克隆)，排除不满足的克隆(中间和右侧，红色显示克隆)。
蛋白质组学与高通量药物筛选
蛋白质组学与高通量药物筛选 作者：王海娣， 杜冠华， 刘艾林 作者单位：中国医学科学院北京协和医学院，药物研究所国家药物筛选中心，北京 100050 本文读者也读过(10条) 1.陈伟.王莉莉走在药物发现前沿的高内涵药物筛选[期刊论文]-国外医学（药学分册）2007,34(3) 2.吕秋军.徐天昊.吴祖泽药物筛选技术的研究进展[期刊论文]-国外医学(药学分册)2003,30(3) 3.张莉.杜冠华.ZHANG Li.DU Guan-hua高内涵药物筛选方法的研究及应用[期刊论文]-药学学报2005,40(6) 4.杨根庆.廖飞药靶发现和药物筛选[期刊论文]-重庆医科大学学报2007,32(z1) 5.吴根福.WU Gen-fu以RNA为靶标的药物筛选新技术[期刊论文]-药学学报2005,40(12) 6.张琪药物筛选技术的研究与应用[期刊论文]-江苏科技信息2007(8) 7.徐志红.蒋志胜药物筛选新方法--高通量筛选[期刊论文]-生物学通报2003,38(3) 8.杜冠华.张莉.方莲华.刘艾林.王月华高通量药物筛选研究进展[会议论文]-2004 9.徐培平.朱宇同.张美义.朱元晓.Xu Peiping.Zhu Yutong.Zhang Meiyi.Zhu Yuanxiao多目标优化技术在中药复方药物筛选及组方优化中的应用[期刊论文]-世界科学技术-中医药现代化2005,7(2) 10.田光辉.刘存芳.辜天琪高通量药物筛选在新药开发中的应用[期刊论文]-内江科技2009,30(1) 引用本文格式：王海娣.杜冠华.刘艾林蛋白质组学与高通量药物筛选[会议论文] 2008
[医学]973标书-确有疗效的有毒中药科学应用关键问题的基础研究-叶祖光
[医学]973标书-确有疗效的有毒中药科学应用关键问题的 基础研究-叶祖光 项目名称: 确有疗效的有毒中药科学应用关键问题 的基础研究 首席科学家: 叶祖光北京中研同仁堂医药研发有限 公司 起止年限: 2009.1至2013.8 依托部门: 国家中医药管理局 一、研究内容 (一)(总体设想 “有毒中药的毒性具有一些固有的特点～中药毒性及其评价与功效、证候密切相关～其毒性可以被认知、控制和驾驭～并可以被安全、有效地在临床中正确使用”。“是药三分毒”～因此～中药毒性是其作为“药物”的一种客观表现。中药的毒性及其安全性评价既有和化药雷同之处～同时也有中药毒性特有规律和评价方法学。中药的毒性与功效和证密切相关～因此～中药毒性应当放在功效,适应症,和中医的”证候”中间进行综合评价和认知～不能孤立地“就毒性论毒性”。由于中药成分的复杂性、有效成分的模糊性、配伍的整体性～增加了对中药毒性的研究和认知的难度～然而只要:一方面认真研究和抓住有毒中药的中医药特点～另一方面～在中药安全性评价中积极引进毒理学先进技术和手段～并建立符合中医药特点的中药毒性评价的新思路、新方法。只有这样～有毒中药的毒性是可以被认知、可以被控制和驾驭的,在上述基础上～有毒中药在临床实践中可以更加安全、更加合理、更具疗效的应用。 (二)(拟解决的关键科学问题
1 有毒中药的毒性表现特点、规律、物质基础、体内过程、作用机理。 2有毒中药的“毒性—功效—证候”的关联特性。 3有毒中药的科学控毒方法学研究。 4基于中医特点的中药肝、肾毒性评价的新技术新方法研究和中药毒性预警体系建设。 (三)(研究内容 ,一,、有毒中药毒性特点与毒性规律研究: 1、有毒中药毒性发生学研究 研究制备能代表有毒中药质量的标准化全成分提取物、临床常用的煎剂以及组分、部位和成分等不同样品～在不同剂量水平进行毒性的连续,10天、20天、1月、2月、3月……,监测观察研究～以发现肝、肾等毒性发生的“时-效、量-效”关系和中毒靶器官～及不同提取物的毒性表现～并同时进行生化与组织学的机理研究～辅以代谢组学研究～阐明其毒性发生过程～探讨毒性机制及敏感“预警”指标。 2、有毒中药毒性物质基础的化学表征研究 通过与药效和毒理学相配合的研究～采用毒性、药效为导向的化学成分的分离～确定毒效部位、组分或成分～为深入研究及药材、饮片的安全质控标准的制订提供依据。 1 3、有毒中药毒性发生影响因素研究 1,采收与不同加工方式对毒性的影响:选取GAP种植基地样品～研究采收时间、生药加工、干燥方式等对效-毒的影响。 2,炮制对毒性的影响:不同临床常用饮片和剂型的毒性作用比较。
【CN109852663A】一种基于机器视觉高通量筛选微生物的方法及系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910261410.4 (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人 天津科技大学 地址 300457 天津市滨海新区经济技术开 发区第十三大街29号 (72)发明人 夏梦雷 王敏 彭明梦 李彩霞 成杨 薛丹妮 郑宇 申雁冰 (74)专利代理机构 北京瑞盛铭杰知识产权代理 事务所(普通合伙) 11617 代理人 张红 (51)Int.Cl. C12Q 1/04(2006.01) C12M 1/34(2006.01) (54)发明名称 一种基于机器视觉高通量筛选微生物的方 法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种基于机器视觉高通量筛 选微生物的方法，属于菌种筛选技术领域。本发 明所述方法可实现原位筛选且高精确度的高通 量筛选，有效地缩短了筛选周期，节约了劳动量， 可以实现筛选过程的操作自动化。本发明所述方 法包括：S1、在光照条件下获取待筛选微生物的 菌落的数字图像；S2、根据步骤S1获取的数字图 像提取菌落特征；S3、根据步骤S2提取的菌落特 征与目标筛选特征建立筛选模型；S4、根据步骤 S3筛选模型得到的结果筛选微生物，所述结果包 括目标筛选特征的预测值。本发明所述方法用于 食品领域和工业微生物育种领域的微生物分类、 微生物鉴定、筛选高产或低产某种物质的微生 物。权利要求书1页 说明书10页 附图1页CN 109852663 A 2019.06.07 C N 109852663 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109852663 A 1.一种基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，包括如下步骤： S1、在光照条件下获取微生物菌落的数字图像； S2、根据步骤S1获取的数字图像提取菌落特征； S3、根据步骤S2提取的菌落特征与目标筛选特征建立筛选模型； S4、根据步骤S3筛选模型得到的结果筛选微生物，所述结果包括目标筛选特征的预测值。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，步骤S1中，待采集菌落图像的微生物以固态平板培养法进行培养。 3.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，菌落特征包括菌落大小、颜色、粗糙度、欧拉数、分形维数、纹理的熵值；所述菌落大小包括菌落面积和半径。 4.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，步骤S3中，基于步骤S2提取的菌落特征建立特征数据库A，基于目标筛选特征建立目标特征数据库B，然后以A为输入量，以B为目标值，采用神经网络、支持向量机、遗传算法、粒子群优化算法对A与B建立映射网络，构建筛选模型。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，步骤S3还包括：分析菌落特征与目标筛选特征的相关性，选择相关性大于40％的菌落特征作为输入量。 6.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，步骤S1中，所述微生物为真菌或细菌。 7.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，菌落包括在固态培养基上可以形成的自然菌落和通过添加指示菌、色素、荧光标记获得的抑菌圈、变色圈、透明圈、荧光圈。 8.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，目标筛选特征包括产物产量、副产物产量、菌体量、营养缺陷型。 9.根据权利要求1所述的基于机器视觉高通量筛选微生物的方法，其特征在于，所述方法用于食品领域和工业微生物育种领域的微生物分类、微生物鉴定、筛选高产或低产某种物质的微生物、筛选具有特定菌落特征的微生物和筛选筛选具备特定生长特性的微生物。 10.一种应用权利要求1～9任一项所述方法基于机器视觉高通量筛选微生物的系统，包括： 菌落图像采集装置，用于在光照条件下获取微生物的菌落的数字图像； 菌落特征提取装置，用于基于菌落图像采集装置所获取的数字图像提取菌落特征； 筛选模型构建装置，用于基于菌落特征提取装置所提取的菌落特征以及目标筛选特征构建筛选模型，得到目标筛选特征的预测值。 2
AlphaScreen技术在高通量筛选研究的现况分析
AlphaScreen技术在高通量筛选研究的现况分析 本文介绍了AlphaScreen和AlphaLISA在基础药物研发研究和高通量筛选（HTS）方面的技术现状。AlphaScreen用于HTS 第二信使检测 Gs偶联的GPCR被激活后，可激活细胞内的cAMP 释放，并引起下游的信号转导。AlphaScreen技术用于cAMP检测采用了竞争性实验（Competition Assay），示意图如下： 反应体系内供体珠包被了亲和素，用于偶联上生物素化的cAMP；受体珠表面为anti-cAMP 抗体；通过生物素化的cAMP可将供体珠和受体珠拉近，单体氧分子得以传递至受体珠，发生化学反应，产生光信号。 将细胞裂解液加入反应体系内，胞内含有的游离cAMP同生物素化的cAMP竞争性结合抗体，体系产生的光信号降低。 蛋白激酶检测 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，将ATP的磷酸基团转移至靶标底物。蛋白激酶主要分为2大家族，其中一族将磷酸基团转移至蛋白的酪氨酸残基上，称为酪氨酸激酶；另一族将磷酸基团转移至蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基上，称为丝氨酸/苏氨酸激酶。 针对酪氨酸激酶检测，AlphaScreen利用了酪氨酸磷酸化抗体，这些特异性的抗体已偶联于受体珠表面。作为激酶作用的蛋白底物，已经过生物素化处理，能连接于供体珠表面。 激酶有活性状态下，利用蛋白底物的磷酸化基团能将供体珠与受体珠的距离拉近，单体氧分子得以传递至受体珠，发生化学反应，产生光信号。 通常意义上，丝氨酸/苏氨酸激酶特异性高于酪氨酸激酶，因此进行检测时，对于抗体的特异性要求更高。在这里，受体珠表面包被上Protein A（Protein A是一种分离自金黄色葡萄球菌的细胞壁蛋白，主要通过Fc片断结合哺乳动物IgG），用于偶联鼠源或兔源磷酸化抗体；供体珠可以通过表面包被的亲和素偶联生物素化的磷酸化多肽或者是通过表面包被的谷胱甘肽（GSH）偶联GST标签蛋白底物。一旦多肽或蛋白底物被磷酸化，将拉近抗磷酸化抗体，产生光信号。 常见的激酶检测方法都需要特异性的抗体用于检测磷酸化多肽，新近又有一些方法采用Lewis 金属螯合物用于螯合底物上的磷酸基团。在这里，磷酸化的激酶底物可以通过生物素化或是加上GST标签而偶联在供体珠上，供体珠表面包被了Lewis金属螯合物。一旦磷酸化的底物被Lewis螯合将拉近供体珠和受
973标书 2009CB941300-抑郁症和阿尔茨海默病的神经发育基础研究
973标书 2009CB941300-抑郁症和阿尔茨海默病的神经发育基础研究
项目名称：抑郁症和阿尔茨海默病的神经发育基础 研究 首席科学家： 起止年限： 依托部门：
一、研究内容 拟解决的关键科学问题： 基因组蓝图和外界环境因素共同决定着神经网络的结构和功能及其可塑性修饰，最终通过神经网络中高度协调的神经活动实现脑高级功能，如记忆、情绪等。这一复杂而精细的过程，经过突触联结的形成、可塑性修饰、衰老等环节，在一生中持续发育演化。早期发育的异常可能与抑郁症的发生有关，而晚期持续发育的异常则可能导致AD。神经发育的这些环节的关键分子细胞机理及其在神经网络和整体行为层次的表现，是本项目要研究的关键科学问题。在此基础上，我们将探索记忆、情绪等脑高级功能的神经发育机制以及抑郁症和AD的神经发育基础和可能的小分子调控途径。 主要研究内容： (1) 利用几千种果蝇突变体，筛选与神经发育和衰老密切相关的基因和验证学习记忆的损伤模型。 (2) 结合遗传学、电生理、行为学等方法研究神经发育和衰老的细胞分子机制，重点研究胰岛素信号通路在Aβ诱导的AD病理进程中的细胞分子和行为药理规律。 (3) 建立多种果蝇模型，进行小分子化合物作用靶点的分析。并进一步研究相关基因在哺乳动物模型中的作用和小分子化合物调控途径。 （4）利用人类原代培养神经元为实验模型，研究雌激素和雄激素对Hsp70的调节方式，并进一步探讨Hsp70对胞内Aβ毒性抑制作用的分子机制及通路。
此研究的结果有利于对Hsp70细胞保护机制的探索，并为寻找早期AD的发病机制及可能的预防措施提供新的依据。 (5) 建立神经网络的结构和功能动态发育的离体实验系统，利用分子生物学、电生理、光学影像等方法，研究神经网络回响活动的动态性质，并分析其形成与演化中可塑性修饰及其稳态调控的细胞分子机制。 (6) 利用电生理、药理学、行为学方法，研究CXZ-123、镁离子等小分子化合物对突触传导、可塑性修饰以及网络功能的影响。 (7) 建立神经网络和行为学模型，检测若干小分子化合物对突触联结形成、神经网络动态演化的影响，从而分析其对抗抑郁症或AD的作用机理。 (8) 利用分子生物学、电生理、光学影像等方法，研究神经发育可塑性关键期，阐明其细胞分子机制，并研究“再年轻化”干预对神经发育关键期的影响及相关调控途径。 (9) 利用电生理、光学影像、理论分析等方法，研究镁离子等“再年轻化”因子对突触密度和可塑性的调节机制，并探索突触密度调节的对神经网络功能和计算特性的影响，为神经网络的再年轻化调节提供理论基础。
高通量药物筛选利器——HTRF 原理介绍
HTRF 技术介绍 快速、稳定、不需洗涤、操作简单、易于自动化和微型化。上述优势使得Cisbio 的HTRF 技术一直是药物研发领域的领先技术之一，并广泛用于信号转导研究和免疫检测。该技术已经在知名医药公司、生物技术公司和学术研究机构应用了15年以上。 HTRF （均相时间分辨荧光，Homogeneous Time-Resolved Fluorescence ）是用来检测纯液相体系中待测物的一种常用方法。 该技术结合了荧光共振能量转移（FRET ， Fluorescence Resonance Energy Transfer ） 和时间分辨荧光 （TRF, Time-Resolved Fluorescence)）两种技术。这种结合将FRET 的均相实验方式和TRF 的低背景特点融合在一 起，使得HTRF 技术拥有如下优势：操作简单、 灵敏度高、通量大、实验数据稳定可靠、假阳 性率较低。HTRF 是基于TR-FRET 的化学技术，拥有与其它TR-FRET 技术相似的特征，包括使 用镧系元素（铕和铽），具有非常长的半衰期，很大的Stroke's shift （如图1所示，Eu 3+ Stroke’s shift > 300 nm ）等。除此之外，它还有其独特的性质，从而与其它技术区分开来。这主要表现在HTRF 的镧系元素与络合的穴相结合，而不是像其它所有TR-FRET 技术使用螯合物。螯合物在溶液中是一种动态平衡，在特定条件下不稳定；而HTRF 中应用的穴与镧系元素是永久地嵌合，非常稳定，可耐受较宽的pH 范围、二价金属离子如Mn 2+等、螯合剂如EDTA 等。HTRF 的独特之处还包括对数据的专利的比值处理方法，其能校正样品基质不同等带来的干扰。 FRET 技术简介 FRET 技术利用了两种荧光基团的能量转移，这两种荧光基团分别称为（能量）供体和（能量）受体，前者的发射光谱与后者的激发光谱重叠。供体被外来能源激发（例如闪光灯或激光），如果它与受体在足够近的距离之内，可以将能量共振转移到受体上。受体受到激发，发出特定波长的发射光。 将供体和受体分别与相互作用的两个生物分子结合，生物分子的结合可以将受体和供体拉到足够近的距离，产生能量转移。这时，我们可以检测到两个发射光，分别 为受体和供体的发射光。由于受体分子的发射光来自于能量转移，所以在 图1：铕穴状化合物的激发和发射光谱
恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机制--2010--尚永丰--973项目标书
项目名称：恶性肿瘤发生、发展的细胞表观遗传机 制 首席科学家：尚永丰北京大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部
二、预期目标 总体目标： 本项目瞄准表观遗传学研究的前沿，整合国内优秀研究人员，系统深入地开展恶性肿瘤发生发展及侵袭转移的表观遗传学研究。本项目的总体目标如下：阐明表观遗传关键机制即DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA对基因表达调控的影响；明确表观遗传调控在乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移中的作用；揭示EMT过程中的表观遗传学变化及细胞重编程机制；阐明细胞微环境在肿瘤转移中的作用及机制；整合各种信息数据，描绘乳腺癌、肺癌发生发展及侵袭转移的分子调控网络。通过本项目的实施，建立和完善表观遗传学研究的新的技术体系，实现我国在生命科学及医学研究领域的理论创新，为恶性肿瘤预警、诊断、治疗和药物筛选提供新思路、新途径和新靶标，发现几个潜在的可以用于乳腺癌、肺癌诊断的分子标志物及药物治疗的分子靶标，并在本项目的实施过程中建立一支具有国际竞争力的研究团队。 五年预期目标： 1、发现一批新的组蛋白修饰因子，探明组蛋白修饰与DNA甲基化之间相互作 用的分子机制，筛选一批肿瘤相关ncRNA，鉴定一批具有潜在临床应用价值的肿瘤诊断及治疗的新的ncRNA分子靶标；鉴定一批新的EMT关键调控因子；发现针对转移型乳腺癌、肺癌的新的有效治疗靶点。 2、建立一整套适应于恶性肿瘤表观遗传学研究的技术平台和技术体系。 3、培养一批中青年学术带头人和学术骨干；培养研究生（含硕、博）50名以上、 博士后12名以上。 4、在国际一流杂志（IF>10）发表论文8篇以上，在有影响力的杂志（IF>5）上 发表论文25篇以上。
高通量药物筛选
高通量药物筛选一，概念高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机对实验数据进行分析处理，同一时间对数以千万样品检测，并以相应的数据库支持整体系运转的技术体系。二. 高通量筛选技术体系的组成 1. 化合物样品库化合物样品主要有人工合成和从天然产物中分离纯化两个来源。其中,人工合成又可常规化学合成和组合化学合成两种方法。 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实验过程。操作软件采用实物图像代表实验用具，简洁明了的图示代表机器的动作。自动化操作系统的工作能力取决于系统的组分，根据需要可配置加样、冲洗、温解、离心等设备以进行相应的工作。 3.高灵敏度的检测系统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、荧光光度仪等。 4.数据库管理系统数据库管理系统承担4个方面的功能: 样品库的管理功能;生物活性信息的管理功能; 对高通量药物筛选的服务功能; 药物设计与药物发现功能。三. 高通量筛选模型常用的筛选模型都在分子水平和细胞水平，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基本作用机制。 1.分子水平的药物筛选模型:受体筛选模型;酶筛选模型;离子通道筛选模型 1.1受体筛选模型:指受体与放射性配体结合模型。以受体为作用靶的筛选方法,包括检测功能反应、第二信使生成和标记配体与受体相互作用等不同类型。 1.2酶筛选模型:观察药物对酶活性的影响。根据酶的特点,酶的反应底物,产物都可以作为检测指标,并由此确定反应速度。典型的酶筛选包括1) 适当缓冲液中孵化;(2)控制反应速度,如:温度,缓冲液的pH值和酶的浓度等;(3)单时间点数器, 需测量产物的增加和底物的减少。 1.3离子通道筛选模型: (1)贝类动物毒素的高通量筛选,其作用靶为Na+通道上的蛤蚌毒素结合位点，用放射性配体进行竞争性结合试验考察受试样品。(2)用酵母双杂交的方法高通量筛选干扰N型钙通道β3亚单位与α1β亚单位相互作用的小分子，寻找新型钙通道拮抗剂。 2.细胞水平药物筛选模型观察被筛样品对细胞的作用,但不能反映药物作用的具体途径和靶标,仅反映药物对细胞生长等过程的综合作用。包括: 内皮细胞激活; 细胞凋亡; 抗肿瘤活性; 转录调控检测; 信号转导通路; 细菌蛋白分泌; 细菌生长。高通量筛选技术与传统的药物筛选方法相比有以下几个优点:反应体积小；自动化；灵敏快速检测；高度特异性。但是，高通量筛选作为药物筛选的方法,并不是一种万能的手段，特别是在中药研究方面，其局限性也是十分明显的。首先，高通量筛选所采用的主要是分子、细胞水平的体外实验模型，因此任何模型都不可能充分反映药物的全面药理作用；其次，用于高通量筛选的模型是有限的和不断发展的，要建立反映机体全部生理机能或药物对整个机体作用的理想模型，也是不现实的。但我们应该相信，随着对高通量筛选研究的不断深入，随着对筛选模型的评价标准、新的药物作用靶点的发现以及筛选模型的新颖性和实用性的统一，高通量筛选技术必将在未来的药物研究中发挥越来越重要的作用。高通量筛选技术采用的先进检测方法光学测定技术。近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。放射性检测技术。美国学者GanieSM在高通量药物筛选研究中，应用放射性测定法，特别是亲和闪烁（SPA）检测方法，使在96孔板上进行的样本量实验得到发展。该方法灵敏度高，特异性强，促进了高通量药物筛选的实现，但存在环境污染问题。荧光检测技术。美国学者GiulianokA研究认为，采用FLIPR（fluor ometricimaging readet）荧光检测法，可在短时间内同时测定荧光的强度和变化，对测定细胞内钙离子流及测定细胞内pH和细胞内钠离子流等，是非常理想的一种高效检测方法。多功能微板检测系统。由西安交通大学药学院研制的1536孔板高通量多功能微板检测系统，是目前国际上先进的高通量检测系统，它可使筛选量进一步提高，现已在该院投入使用。1．基
什么是高通量筛选技术
什么是高通量筛选技术 高通量筛选(high—throughout screening)是近年来迅速发展起来的药物筛选技术。高通量药物筛选就是应用分子细胞水平的药物活性评价方法（模型），通过自动化手段，对大量样品进行生物活性或药理作用的检测，发现新药的过程。高通量药物筛选的规模至少为每日筛选数千个样品。同时它通过运用基因科学、蛋白质科学、分子药理学、细胞药理学、微电子技术等多学科理论和技术，以及与疾病相关的酶和受体为作用靶点。对天然或合成化合物进行活性测试，并在此基础上进行筛选。高通量筛选具有快速、高效、经济、高特异性等优点，其中所用的样品量甚少的特点尤其适用于天然化合物的活性筛选。 高通量筛选可以根据待测样品的种类分为非细胞相筛选、细胞相筛选、生物表型筛选。其中非细胞相筛选常用的方法有Microbead—FCM 联合筛选、放射免疫性检测、荧光检测(FA)、闪烁接近检测、酶连接的免疫吸附检测(ELISA)等；细胞相筛选常用的方法有选择性杀死策略、离子通道检测、报告基因检测等；生物表型筛选可以有目的敲除或屏蔽掉某些未知功能的基因等等。 高通量筛选在抗病毒药物筛选中有很大的应用，介绍一些抗病毒药物筛选方法：利用亲合闪烁分析对HIV逆转录酶活性测定、HCV NS5B 活性测定、HCV NS3(nonstructural protein 3，NS3)解旋酶活性的测定；利用荧光共振能量转移对SARS—CoV病毒3CL 蛋白酶活性测定；
抗病毒药物的其它高通量筛选模型如病毒与宿丰细胞结合的细 胞模型、HCV NS3／4A蛋白酶活性测定、HIV整合酶(integrase，IN)活性的测定等等。 高通量筛选体内药动学模型中传统的药动学研究以测定药物在 体内的浓度及分布为主要手段。高通量筛选体外药动学模型中常用的筛选模型建立在组织、器官水平和细胞及亚细胞水平，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接体现药物的基本作用机制。高通量筛选的体内和体外筛选模型是互为补充、相辅相成的。体内药动学筛选模型可以很好地预测药物在体内的吸收、分布、代谢等药动学性质，但存在样品需求量大、筛选费用高、较难达到高通量筛选水平等缺陷。体外筛选模型可以对大量的候选化合物进行筛选，但它却忽略了生物的整体性，有时用其预测体内药动学参数并不一定理想，必须借助 于体内筛选模型。 高通量筛选技术极大地提高了对目标分子、活性物质以及前导药物的筛选速度，当前HTS技术进一步向着高内涵筛选(HCS)技术发展。HCS技术是生物学、分析软件、自动化控制以及显微观测技术最新发展的综合运用，HCS的出现彻底改变了以细胞为基础的靶目标的确认、二次筛选、前导化合物优化和结构活性分析的传统方法引。随着科技的发展，HTS／HCS技术将不断向着微型化、自动化、高效化、低廉化和微量化方向发展。
973标书-工业生物技术的过程科学基础研究2007CB714300
973项目标书工业生物技术的过程科学基础研究 年度：2007-2011 首席科学家：谭天伟 【研究内容】 ·学术思路 过程工程科学问题是我国生物技术产业化的关键。本项目将以可再生生物质为原料进行大规模生物转化合成大宗化学品为主线，研究从细胞 群出发放大到工业化生产的工业生物过程基础科学。 工业生物过程与传统化工过程的根本区别，在于工业微生物细胞具有生理活性及代谢的多样性。因此工业生物反应过程面向的是复杂、多相的生物转化体系，工业生物分离过程面向的是组份多、结构类似物多的生物分离与纯化体系。为此，本项目将从细胞群体、单元过程和系统优化三个层次进行工业生物过程的深入研究，如图9所示。第一层次主要关注细胞群的群体效应现象、多相复杂生物体系的生化、生理特性分析及物质和能量传递规律，以及过程放大的基本原理和策略研究，着重进行新现象、新规律和新机理的发现和认识；第二层次主要进行基于细胞群体效应的直接放大、生物/化学方法耦联的系统优化以及多产物联产目标的全局调控研究，着重进行反应器直接放大、生物/化学方法耦联、多目标联产以及反应/分离单元耦合等新技术和新方法的创新研究；最终通过生物发酵过程和生物分离过程的集成优化，实现整个工业生物过程的系统集成与全局优化。 ·技术路线 本项目所涉及的技术途径下图所示。以工业生物过程从微观到宏观的放大为主线，由实验分析手段结合分子模拟计算，完成工业生物过程从小到大、从细胞群培养到大规模工业化生产中所涉及的关键科学问题的认识与研究。 利用化学信号分析与分子鉴定技术，研究工业生物放大过程的细胞群体效应现象；利用流场测试与物性分析技术，进行生物体系的传递与模型化研究；
生药活性成分的高通量筛选技术
生药活性成分的高通量筛选技术 高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是20世纪80年代后期发展起来的一种药物筛选新技术。它集计算机控制、自动化操作、高灵敏度检测、数据结果自动采集和处理于一体，实现了药物筛选的快速、微量、灵敏和大规律，日筛选量达到数万甚至数十万样品次，是新药发现技术和方法的一大进步。 传统的药物筛选方法是采用药理学的实验方法，通过体内、体外的多种实验方法，评价药用样品的药理活性。但是，由于传统的药理实验方法需要消耗大量样品，使用大量实验动物，参加实验的技术人员具有较熟练的操作技能，而且筛选样品量有限，劳动强度大，不能适应大量样品的同时筛选。高通量药物筛选是在传统的筛选技术基础上，应用先进的分子生物学、细胞生物学、计算机、自动化控制等高新技术，建立的一套更适合于药物筛选的技术体系。 本文试对高通量筛选技术的基本原理及其在生药活性成分筛选中的应用做一简单论述。 1．基本原理 高通量药物筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的新的技术体系，它以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对实验获得的数据进行分析处理。它的正常开展需要有一个高容量的化合物库、自动化的操作系统、高灵敏度的检测系统、高效率的数据处理系统以及高特异性的药物筛选模型。 1.1 化合物样品库 高通量筛选是一种利用已有的化合物进行的体外随机筛选。因此通过高通量药物筛选发现先导化合物(leading compounds)的有效性取决于化合物样品库中化合物的数量及其质量。化合物样品的数量是指不同样品的数量。化合物样品的质量主要由化合物结构的多样性决定的。许多活性反应基团(reactive groups)使初筛的假阳性大量增加，剔除这些化合物可以提高化合物样品库的质量。 化合物样品主要有人工合成和从天然产物中分离纯化两个来源。 人工合成又可分为常规化学合成和组合化学合成两种方法。采用常规化学合成的纯化合物一直是国外制药企业建立化合物样品库的主要来源。它们通过长年积累的化合物建立化合物样品库，通过购买和化合物交流使化合物样品库的数量和质量大幅度提高。 组合化学(combinatorial chemistry)的出现为大量增加化合物的数量提供另外一种来源。组合化学的基本原理是采用适当的化学方法，在特定的分子母核上加入不同的基团，在同样条件下，产生大量的新化合物。这种方法在化合物的结构改造和优化方面已经表现出强大的优势。但是，由于该方法是基于母核结构的改造，因此产生的大量化合物在结构多样性方面尚有极大的不足。解决组合化学产物结构多样性的问题，已经成为化学研究人员的研究课题。 从天然产物中分离出来的化合物，母核结构和活性基团是长期的自然选择形成的，它们通过高通量筛选所表现出来的生物活性在药物发现中具有人工合成化合物所不能比拟的优势。因此，增加样品库中具结构多样性的天然化合物及其衍生物是提高样品库质量的一个重要途径。跨国制药企业为了增加高通量筛选的阳性率，已经或正在寻求助买我国的天然产物单体。 1.2 自动操作系统 高通量药物筛选每天要对数千化台物样品进行检测，工作枯燥、步骤单一，人工操作容易疲劳、出错。自动化操作系统采用微孔板作为反应容器，具有固定的分布模式(format)；不同的微孔板通过条形码加以标记。自动化操作系统通过光电阅读器对特定的微孔板上的特定位置进行操作，并将操作结果及相关数据存贮在计算机内，使筛选结果准确，实验过程快速。
高通量筛选
高通量筛选简介 高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简言之就是可以通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。高通量筛选技术 高通量筛选特点 高通量筛选时每天要对数以千万的样品进行检测，工作枯燥，步骤单一，操作人员容易疲劳、出错。自动化操作系统由计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备和堆栈4个部分组成。自动化操作系统代替人工操作显然有诸多优势，它利用计算机通过操作软件控制整个实验过程，编程过程简洁明了。高通量筛选的应用 高通量筛选技术将化学、基因组研究、生物信息，以及自动化仪器等先进技术，有机组合成一个高程序、高自动化的新模式，并以此为模型创造了发现新药的新程序。高通量筛选技术的研究 发展中的高通量筛选技术 高通量筛选的实验方法高通量筛选的实验方法分子水平和细胞水平的实验方法（或称筛选模型）是实现药物高通量筛选的技术基础。由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。第四军医大学周四元研究认为，药物高通量筛选模型的实验方法，根据其生物学特点，可分为以下几类：受体结合分析法；酶活性测定法；细胞分子测定法；细胞活性测定法；代谢物质测定法；基因产物测定法。这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。高通量筛选的特色效用高通量筛选的特色效用高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行实验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10万种化合物。高通量筛选技术检测方法光学测定技术近年来，美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。放射性检测技术美国学者GanieSM在高通量药物筛选研究中，应用放射性测定法，特别是亲和闪烁（SPA）检测方法，使在96孔板上进行的样本量实验得到发展。该方法灵敏度高，特异性强，促进了高通量药物筛选的实现，但存在环境污染问题。荧光检测技术美国学者GiulianokA研究认为，采用FLIPR(fluorometricimagingreadet)荧光检测法，可在短时间内同时测定荧光的强度和变化，对测定细胞内钙离子流及测定细胞内pH和细胞内钠离子流等，是非常理想的一种高效检测方法。多功能微板检测系统由西安交通大学药学院研制的1536孔板高通量多功能微板检测系统，是目前国际上先进的高通量检测系统，它可使筛选量进一步提高，现已在该院投入使用。我国高通量筛选技术的进展