【正文】 及算法的基礎(chǔ)上，針對本項目所發(fā)現(xiàn)的消化系統(tǒng)抗腫瘤藥物候選藥靶，進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型建立。 研究內(nèi)容： ? 基于生物芯片的腫瘤 特異性 藥靶 的篩選和驗證： 根據(jù)課題 1 所 篩選的與腫瘤發(fā)生 、 發(fā)展及轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)相關(guān)基因的序列，設(shè)計并合成出相應(yīng)的基因探針，制備成基因芯片。 ? 功能多 態(tài)性發(fā)現(xiàn)和功能預(yù)測： 性 圍繞 腫瘤 及感染性疾病 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)基因的 SNP進(jìn)行動態(tài)關(guān)聯(lián)分析；對能夠引起氨基酸變化的 SNP 探討其 可能 導(dǎo)致的蛋白質(zhì)的 3D 結(jié)構(gòu)變化 ，對與非編碼區(qū)的 SNP 探討其對基因表達(dá)調(diào)控的影響，為課題 6 和課題 7 提供實驗研究的新靶標(biāo)和 依據(jù)。 課題 1： 藥靶發(fā)現(xiàn)中的生物信息學(xué)研究和知識系統(tǒng)的建立 研究目標(biāo)： 為實驗篩選和驗證藥靶提供潛在藥靶，縮小研究范圍 ， 提供數(shù)據(jù)存取、信息處理和功能分析技術(shù)平臺 ， 總結(jié)并發(fā)現(xiàn)藥靶生物信息學(xué)分析的新理論、新算法 ，在此基礎(chǔ)上建立 藥 靶發(fā)現(xiàn) 的生物信息系統(tǒng)學(xué) 知識系統(tǒng) 。 同時為課題 5 提供 候選 藥靶 。 六、課題設(shè)置 圍繞 “ 基于 生物信息 的藥靶 高通量 篩選 及 功能 研究” 這一主題 ，設(shè)置 7 個課題。 完成不好的課題將減少科研經(jīng)費，完成好的課題將增加科研經(jīng)費。 “萬事具備，只欠東風(fēng)”。 國內(nèi) 生物芯片技術(shù)日趨成熟，一系列用于表達(dá)譜分析、基因分型及藥物篩選的基因和蛋白芯片已經(jīng)開始投入使用。國家“ 973”在腫瘤、心血管、傳染病、神經(jīng)及衰老等重大疾病的發(fā)病機(jī)理研究方面啟動的系列重大項目，也取得了諸多可喜的研究成果。項目核心單位及協(xié) 作單位，不僅具有學(xué)科優(yōu)勢，而且在藥靶發(fā)現(xiàn)和驗證的關(guān)鍵技術(shù)和實驗室及配套儀器設(shè)備方面也具有明顯的優(yōu)勢。更有意義的是人類基因組全序列分析的完成，功能基因組研究 的 不斷深入， 在 為闡明生命的本質(zhì)提供了海量的生物信息資源 的同時也為藥靶的發(fā)現(xiàn)提供了豐富的礦藏 。這一觀點的驗證和應(yīng)用將給藥物靶分子的發(fā)現(xiàn)、藥物篩選及新藥的研究、開發(fā)乃至臨床用藥提供新的理論和實驗依據(jù)。 通過藥代動力學(xué)和臨床療效和毒副作用觀察，闡明 藥靶 和代謝酶多態(tài) 性與藥物療效和毒副作用的關(guān)系，并通過突變分析等手段闡明其內(nèi)在規(guī)律。 對其特異性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)具有體外特異抗癌作用的候選“組合藥靶”。 就疾病特異性 和可藥性 藥靶 的 發(fā)現(xiàn) 問題 ，擬采用 消化系統(tǒng) 腫瘤 作為 主要 研究對象， 采用“組合藥靶”的策略 進(jìn)行探索。 最后利用 “組合藥靶”的策略篩選和驗證 以上 關(guān)鍵 分子 作為抗 HBV藥物篩選“組合藥靶”的可行性。 7） 7）“組合藥靶”的 策略從宿主細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)抗 HBV藥靶 根據(jù) 課題 文獻(xiàn)和本實驗室 研究 發(fā)現(xiàn)的 HBV感染 差異表達(dá)基因 或蛋白質(zhì) 信息 ， 篩選一批候選靶基因， 設(shè)計合成探針 并 制備成基因芯片 。采用生物芯片和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析上述“組合藥靶” 被 抑制前后腫瘤細(xì)胞基因和蛋白質(zhì)表達(dá)譜的變化，揭示多 靶標(biāo)干預(yù)腫瘤細(xì)胞增殖的分子機(jī)理。本研究以 Angiopoetin Jagged1和 P53基因剔除小鼠為模型，分析三種不同基因之間的協(xié)同功能，比較突變型小鼠和野生型小鼠對不同致癌物和不同抑癌藥物的反應(yīng)性，運用基因芯片比較突變型小鼠和野生型小鼠相關(guān)組織的基因表達(dá)差異，尋找這些基因的下游調(diào)控因子作為潛在的抗腫瘤藥物新靶標(biāo)，并進(jìn)一步運用轉(zhuǎn)基因和基因剔除技術(shù)分析 2－ 3個下游因子作為藥靶的可能性。通過反義核酸 、 RNAi、 轉(zhuǎn)基因或基因敲除等技術(shù)對 得 到的候選靶 標(biāo)進(jìn)行功能驗證，以獲得 確 證 藥 靶。 應(yīng)用高通量計算機(jī)虛擬方法 發(fā)現(xiàn) 配基 ， 并進(jìn)行組合化學(xué)合成。 2) 高 通量 藥靶 篩選 及其相互作用分析 技術(shù)體系的建立 根據(jù) 課題 1所 篩選的 與 腫瘤發(fā)生 、 發(fā)展及轉(zhuǎn)移等 環(huán)節(jié) 相關(guān)基因 的序列 ， 設(shè)計并合成 出相應(yīng)的 基因 探針 ，制備成基因芯片。 2． 主要 研究內(nèi)容 針對 上述科學(xué)問題 ， 本項目擬開展以下 7 個方面的研究內(nèi)容 ： 1) 藥靶發(fā)現(xiàn) 中的生物信息學(xué) 研究和 知識系統(tǒng)的 建立 對結(jié)構(gòu)和功能基因組學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與加工，構(gòu)建實時注釋的人類蛋白組電子字典，其中包括全部已知和 in silico預(yù)測的蛋白質(zhì)及其注釋，為本項目的生物信息學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。 四、 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和 主要研究內(nèi)容 關(guān)鍵科學(xué)問題 藥靶 的發(fā)現(xiàn)是新藥研究和開發(fā) 的瓶頸 。 ? 建 立 “組合藥靶”的 發(fā)現(xiàn)策略： 基于生命是一個復(fù)雜的過程和體系， 疾病是由 多個彼此之間存在著相互作用和動態(tài)變化的分子引起的這些基本生理和病理現(xiàn)象，提出“組合藥靶”的藥靶發(fā)現(xiàn)策略，驗證并 完善組合藥靶策略的可行性。 藥靶特別是 高特異 性 藥 靶 的選擇將由胞膜向胞內(nèi)轉(zhuǎn)移： 鑒于 受體 信號 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 在胞內(nèi)有多條通路和環(huán)節(jié)，僅將藥靶的發(fā)現(xiàn)局限在細(xì)胞膜上的受體 是很 不 合理的 ，從細(xì)胞內(nèi)尋找藥靶不僅可以提供更多的可能性而且功能也會更特異，因為與細(xì)胞膜受體相比這些分子處于更下游，功能可能更專一。這種研究方式很難在短期內(nèi)在指導(dǎo)臨床用藥方面發(fā)揮重大的作用。亞型結(jié)構(gòu)和功能的 特異性研究對于高選擇性和低副作用藥物特別是手性藥物的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義 。 ? 疾病治療特別是多基因相關(guān)疾病的治療將向多靶標(biāo)發(fā)展： 生命和 疾病 是一個非常復(fù)雜的生理和病理過程，其中涉及到多基因、多通路 多 途徑的分子功能網(wǎng)絡(luò)相互作用的過程，如腫瘤的發(fā)生和發(fā)展就涉及到細(xì)胞增殖和 凋亡 、細(xì)胞周期、 細(xì)胞遷移及血管生成等多個環(huán)節(jié)的交互作用，想通過單一靶標(biāo)的作用實現(xiàn)理想的治療效果 是非常困難 的 。 國家自然 自然科學(xué)基金 還 適時 啟動了藥物基因組學(xué) 和病毒 與宿 主相互作用 的 重點 項目 。 在國家各類科研項目 的資助下， 已經(jīng)建立了相當(dāng)完善的生物信息學(xué)研究技術(shù)平臺，并正在基因功能分析等領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用。 我國科學(xué)家完成了 1%的人類基因組計劃，發(fā)現(xiàn)了幾個 有國際影響的 新基因 ；完成了若干病原微生物的全基因組測序。最近研究發(fā)現(xiàn)，亞甲基四氫葉酸還原酶 (MTHER)的 C677T 突變可能改變 環(huán)磷酰胺、甲氨喋呤和 5氟尿嘧啶伍用方案 對患者的 治療效果。這一 m1 受體特異激動劑的出現(xiàn)，就有可能在藥理學(xué)上證實不同疾病狀態(tài)下毒蕈堿 m1 受體的功能。 通過鞘內(nèi)給予靶向河豚毒素抗性的鈉離子通道 的特異反義寡核苷酸，可以降低相應(yīng)神經(jīng)元的鈉電流，減輕神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)性疼痛，證實了 可以作為治療神經(jīng)性疼痛特異的分子靶 。 有 報 導(dǎo) 利用基 因芯片 發(fā)現(xiàn) IL13 在 L428 及 KM H2 細(xì)胞系表達(dá)異常升高，從而提示 IL13 及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 ， 可能成為治療何杰金氏病的重要靶標(biāo)。面對如此多的信息資源，科學(xué)家們在經(jīng)歷了短暫的激動之后，隨之而來的便 7 是茫然。 因此，藥靶的發(fā)現(xiàn)和功能驗證成 了 基因組學(xué)特別是 功能基因組學(xué)和藥物學(xué) 領(lǐng)域 共同的研究熱點， 從而也產(chǎn) 生了 一 門 新的交叉學(xué)科 ， 即基因組藥物 學(xué)。 此時，也是人類基因組計劃研究 如火如荼的階段，于是 藥 物學(xué)家和分子生物學(xué)家很快就找到了共同的興奮點 ─從人類基因組中尋找 疾病相關(guān)基因和 藥靶 。 此時， 以靶 標(biāo)為基礎(chǔ)的 藥物篩選 包括模型的建立及化合物的合成和收集， 成了新藥研究的瓶頸 ，因此大量的靶標(biāo)并沒有的到充分的利用 。 二、 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1．研究 背景 傳統(tǒng)的藥靶 發(fā)現(xiàn) 方法一般是通過有顯著藥理作用的藥物，經(jīng)過 分子 藥理學(xué)研究，最終認(rèn)識藥靶。 該項目的 6 部署 不僅可以 完善該 科學(xué) 戰(zhàn)略部署 鏈 ，而且可以充分利用其它 項目 的 研究成果并同時為其它 項目 研究 提供技術(shù)平臺 、 篩選靶標(biāo) 和理論基礎(chǔ) 。 這些成果 不僅為闡明生命的本質(zhì)提供了海量的生物信息資源 ，同時 將 為 其它學(xué)科的發(fā)展提供 極 好的發(fā)展機(jī)遇。疾病藥物治療的關(guān)鍵是高效率和高選擇性， 尤其是特異性藥靶 的發(fā)現(xiàn)及功能闡明等關(guān)鍵科學(xué)問題。 此外， 不同病人對同一藥物的反應(yīng)不同，表現(xiàn)為不同的藥物療效和毒副作用一直困擾著臨床醫(yī)療和制藥業(yè)， 也是腫瘤治療失敗的重要原因 。 據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計全世界 億以上 HBV 攜帶者，約 1/4 發(fā)展為肝癌和肝硬化。 5 一、 立項依據(jù) 1． 疾病治療是急需解決的社會問題 ，藥物是疾病治療的最主要手段， 醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)將成為 21 世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè) 疾病依然是威脅人類生命健康的頭號殺手。這一觀點的驗證和應(yīng)用將給藥物靶分子的發(fā)現(xiàn)、藥物篩選及新藥的研究、開發(fā)乃至臨床用藥提供新的理論和實驗依據(jù)。 此外，針對某些抗腫瘤藥物作用靶標(biāo)和代謝酶的多態(tài)性影響藥物代謝 、 療效和毒副作用的問題，本項目擬選擇代表性 藥物 ， 系統(tǒng)分析其 相關(guān)基因 多態(tài)性，通 過藥代動力學(xué)和臨床療效和毒副作用觀察，闡明 藥靶 和代謝酶多態(tài)性與藥物療效和毒副作用的關(guān)系，并通過突變分析等手段闡明其內(nèi)在 科學(xué) 規(guī)律。 本項目擬針對若干消化系統(tǒng)腫瘤， 采用 生物信息學(xué)和表達(dá)譜分析等 先進(jìn) 的技術(shù)手段選擇 與腫瘤發(fā)生 、 發(fā)展 及 轉(zhuǎn)移等相關(guān)的基因，通過正交設(shè)計等統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行實驗設(shè)計，應(yīng)用反義核酸或 RNAi 技術(shù) ， 結(jié)合基于細(xì)胞的高通量篩選 ， 驗證候選靶基因和基因組合與腫瘤細(xì)胞增殖或凋亡的相關(guān)性 。 技術(shù)平臺的建立擬 根據(jù) 藥靶發(fā)現(xiàn)的需要 ， 結(jié)合國際前沿及我國的研究基礎(chǔ)、科研、人員和技術(shù)條件，首先基于現(xiàn)有生物信息資源，通過生物信息學(xué)、化學(xué)基因組學(xué) ， 結(jié)合表達(dá)譜分析等技術(shù)手段，篩選系列候選藥靶，然后通過 RNAi 和反義核酸、生物芯片、酵母雙雜交、轉(zhuǎn)基因和基因敲除及生物信息分析等技術(shù) ， 結(jié)合腫瘤 細(xì)胞和裸鼠 移 植 瘤 模型對 發(fā)現(xiàn)的候選藥靶進(jìn)行 系統(tǒng) 的 功能驗證，獲得特異性和可藥性 靶 標(biāo) 。 ? 建立 藥靶發(fā)現(xiàn)的生物信息學(xué)知識系統(tǒng)： 整合結(jié)構(gòu) 生物學(xué) 和功能基因組學(xué)的信息資源，建立相應(yīng)的 藥 靶發(fā)現(xiàn)生物信息系統(tǒng)學(xué) 知識 系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫 、 藥靶篩選和驗證的新算法、新理論等。該項研究對保證我國人民的健康和生存、用藥安全和有效、促進(jìn)我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的國際競爭力、推動 我國藥物學(xué)、生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展具有重要的意義。 估計人類基因中應(yīng)該有 30005000 個可以作為藥物的靶標(biāo)。 因而，建立和發(fā)展我國自主的 創(chuàng)新 藥 物基礎(chǔ) 研 究和開 發(fā)體系成為當(dāng)務(wù)之急 ， 缺乏疾病特異性 藥靶是當(dāng)前 新藥研究和開發(fā)的瓶頸。 1 項目摘要 項目名稱： 基于 生物信息 的藥靶 高通量 篩選 及功能 研究 主要建議人姓名： 院 士 院 士 教 授 教 授 研究員 建議首席科學(xué)家姓名、年齡、單位： 40 歲 37 歲 經(jīng)費預(yù)算金額： 2800 萬元 摘要正文 ： 疾病對人類的健康和生存構(gòu)成重大威脅，是世界各國面臨的最重要的 社會問題 之一。 這不僅嚴(yán)重影響到我國人民的用藥和健康問題，同時也將威脅我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的生存和發(fā)展，進(jìn)而影響我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)對 國民經(jīng) 濟(jì) 的貢獻(xiàn)度。 當(dāng)前比較成熟的 藥靶 僅 500 個 左右， 遠(yuǎn)不能滿足新藥研究和開發(fā)的需求。 藥 靶 的研究不僅具有重大的社會 2 和經(jīng)濟(jì)效益 ，而且具有重要的科學(xué)意義。這一策略的核心思想是：從基因功能網(wǎng)絡(luò)中篩選疾病特異相關(guān)的基因組合，并驗證 以 這些特異性基因組合為靶進(jìn)行藥物篩選的可行性及機(jī)理，如果被證明可行 ， 則這些特異性分子組合 即稱 為“組合藥靶”。針對上述問題， 首先擬建立一個藥靶發(fā)現(xiàn)的技術(shù)平臺，并將 其 應(yīng)用于抗腫瘤和抗乙型肝炎病毒藥 靶 的 發(fā)現(xiàn) ，探索 特異性和可藥性藥靶的特點和規(guī)律，為新藥靶的發(fā)現(xiàn)奠定技術(shù)和理論 基礎(chǔ) 。從大量的腫瘤相關(guān)基因中發(fā)現(xiàn)特異 性 和可藥性的基因組合作為藥物多靶點干預(yù)的靶標(biāo)（組合藥靶）并闡明其作用機(jī)理是本項目的核心 內(nèi)容 。最后在裸鼠原位或皮下 異植 瘤模型上驗證“組合藥靶”的抗腫瘤作用 ， 獲得特異性 和 可藥性 靶標(biāo) 。這一策略的核心思想是 ：藥物需要作用一系列疾病 特異 的靶分子組合才能發(fā)揮最佳的治療效果 ， 該靶分子組合 經(jīng)過篩選和驗證 ，若 具有特異性和可藥性 即為組合藥靶 。 根據(jù) 國家需求和 項目特點 ，集成國內(nèi) 的 生物信息學(xué)、 基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)、 生物芯片 、反義 核酸 等 先進(jìn) 技術(shù) 及 藥學(xué)、基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)等優(yōu)勢學(xué)科，聯(lián)合 …… 等在學(xué)科、人才、科研基礎(chǔ) 和實驗材料、 實驗室、 生物信息及技術(shù)資源上優(yōu)勢互補(bǔ)的強(qiáng)勢單位，協(xié)作攻關(guān)，爭取在短期內(nèi) 建立起我國 藥靶研究的技術(shù)平臺， 發(fā)現(xiàn) 若干 藥物 篩選 的 新型藥 靶 ，為我國重大疾病的治療、創(chuàng)新藥物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及藥學(xué)學(xué)科的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。 預(yù)計 2020 年抗腫瘤藥物市場將達(dá) 283 億美元。 目前 全球醫(yī)藥市場總額已達(dá) 3000 億美元以上，估計 2020 年將達(dá) 6000 億美元。 2． 選擇性藥靶發(fā)現(xiàn)和合理用藥是疾病治療藥物研究、開發(fā)及臨床應(yīng)用的 關(guān)鍵 環(huán)節(jié)和 最亟待 解決的重大科學(xué)問題 當(dāng)前在藥學(xué)領(lǐng)域有 兩大科學(xué) 問題急需解決：一方面臨床應(yīng)用的大部分藥物作用靶標(biāo) 及 機(jī)理 有待闡明；另一方面又有大量新型藥靶 亟待 發(fā)現(xiàn)。更有意義的是人類基因組 全序列分析 的 完成 ，功能基因組研究在不斷深入 ?？v觀這條人體與健康的 生命 科學(xué) 項目戰(zhàn)略部署 鏈，可以發(fā)現(xiàn)缺了兩環(huán)：一 環(huán) 是從基因到靶標(biāo) ， 另一 環(huán) 則是