药物筛选中分子生物学技术的应用之研究

药物筛选中分子生物学技术的应用之研究

摘要:药物筛选是新药物研究、制造、合成的必备过程，通过药物筛选，能够从已有的海量化合物中寻找到具有特定药物作用及治疗功能的新化合物，从而提高药物的研发效率，缩短其研发周期，起到降低风险减少成本的作用。随着分子生物学技术的不断发展，该技术的应用对于药理研究及药物临床应用的推进起到了极大的促进作用，提高了药物筛选的特异性，对于药物筛选效率及成功率的提升具有重要的意义。

关键词：药物筛选；生物技术；分子生物学；应用

Abstract:Drug screening is an essential process in the research, manufacture and synthesis of new drugs,through the screening of drugs, it is possible to find new compounds with specific drug action and therapeutic function from the existing massive compounds,reducing risk and costs of drug manufacture,improve the efficiency and shorten the cycle of drug research and development.With the continuous development of molecular biology technology, the application of this technology has played a significant role in the promotion of pharmacological research and clinical application of drugs.It is of great significance to improve the screening efficiency and improve the success rate of drug screening.

Key words: drug screening; Biotechnology; molecular biology; application

0. 引言

药物筛选是药物研发过程中的重要环节，它是针对有可能药用的各类物质，包括各类蛋白多肽、化合物、天然及海洋产物等，运用一定的筛选方法和技术，对其内部可能存在的具有药理作用的活性物质进行检测，并利用相应的方法，进行药用成分的提取与合成。药物筛选在药物的实验室研究到临床应用之间发挥了

核心的桥梁作用。

随着分子生物学的不断进步，以分子生物学为应用基础的各类方法在药物筛选中获得了广泛的应用，例如高通量及高内涵筛选技术、反义核酸技术、生物芯片技术、基因工程技术、转基因技术、流式细胞术、免疫分析法等。分子生物学的基础是受体学说，针对受体进行研究能够加强对于药物作用、激素及神经递质作用的认识。针对受体的分子生物学相关研究，能够通过研究分子结构及基因序列推动人们了解各类物质结构与作用的关系，从而在细胞及分子层面研究受体进行生理病理调节的机制[1]。分子生物学的发展使得人们对药物筛选的研究与应用提升到了分子水平，大大加速了药物筛选的技术进步。

1. 高通量及高内涵筛选技术

高通量及高内涵筛选技术是分子生物学的重要应用之一，高通量筛选((high throughput screening，HTS)和高内涵筛选((high content screening HCS)是针对单细胞水平进行多参数分析的细胞成像分析方法，高内涵筛选（HCS）是高通量筛选的一种补充技术，更加侧重于多细胞样品的无偏成像。HTS及HCS在药物筛选领域有着较为广泛的应用[2]。与传统的药物筛选技术相比，HTS及HCS通过显微镜下的全自动成像及无偏成像从细胞样品获得了更加丰富的信息，同时能够在更为优化的生理生化环境中进行药物筛选研究，所获取的数据集更为丰富，对于药物筛选过程中所出现的各类问题有着更好的解释能力。

图1 高通量筛选及高内涵筛选技术

高通量HTS技术具有具有高效、快速、微量的特点，其筛选靶点包括酶、受体、离子通道，一般以单一模型针对大量样品进行活性筛选，主要分析方法包括光吸收、化学发光、荧光检测等，HTS技术能够建立可观的靶标及化合物库，在先导化合物的评价、优化、毒性研究等多个阶段均有重要作用，对于创新药物的研制有着重要的应用价值。

高内涵HCS技术主要在细胞分子层面进行多元分析，能够对细胞的生长过程、分化过程、凋亡过程以及其代谢、传导等进行全面的分析，筛选靶点包括细胞器、膜受体、胞内成分、离子通道等，HCS技术对于细胞表征的生理病理特征有更强的分析功能，其分析获取的先导化合物及阳性化合物有效率及成功率更高。

图2 高通量及高内涵筛选的应用

相比较而言，高通量HTS技术更为侧重于同时能够对大量的样本进行检测，目前HTS技术已经进步到可以日筛选10万以上样本超高通量阶段。而高内涵HCS技术更侧重于对单个样本的分析所呈现的信息更为丰富。在药物筛\结合，能够在样本数量及微观丰富性方面大大提高药物筛选的可靠性及有效性。

2. 反义核酸技术

反义核酸技术是基因表达调控的一种作用方式，它是以mRNA具有互补作用的RNA分子，其基础的作用机理是与靶RNA进行碱基配对，反义核酸技术能够通过与特定的mRNA进行互补、阻断、翻译等作用，使得某些基因的表达

实现封闭，体现为不表达或低表达的形式[3]。反义核酸技术具有基因调节作用，对于有害及失控基因的抑制有着重要的作用。目前反义核酸技术主要包括反义RNA ( antisense RNA)、反义寡核普酸(an tisense oligonucleotide）、RNA干扰技术(RNA interference, RNAi)等作用机制。

图3 反义核酸生化分子演变

当前，反义核酸技术主要应用于体内外模型中对于各项靶基因功能进行验证或检测，对于基因敲除技术有一定的替代作用。反义核酸技术能够通过高通量HTS技术的应用，大量快速的发现药物靶基因，并且能够特异性的对潜在靶点的基因作用进行控制与干扰，这一技术能够为药物的靶点发现以及疾病的基因治疗提供较为可靠的手段，该技术广泛的应用于基因治疗、基因组研究、转录调控研究等。

反义核酸技术应用与药物筛选之中，具有高度特异性、高生物活性、高信息量等优点，同时由于反义核酸没有被发现存在显著毒性，并且能够最终实现降解与消除，因此相比传统的药物筛选方法，其获取的药物更为安全、低毒。目前反义核酸技术在肿瘤、病毒感染、神经退行类疾病的药物筛选中有着重要的应用。

3. 生物芯片技术

生物芯片技术的基本作用机制是通过微缩技术，利用分子生物学中特异性分子能够相互作用的原理，将不连续分析过程在硅芯片或玻璃芯片上进行集成，从而形成微型的化学生物分析机制，从而对各类生物组分进行快速高效的检测与筛选。生物芯片技术能够有效应用与药物筛选过程，通过测定分析可以对药物的靶点、活性、毒性、细胞表达等进行发现与评价。