药物蛋白质组学及其应用

（一）研究内容

药物蛋白质组学（pharmacoproteomics）就是应用蛋白质组学的方法对在基因表达水平上的疾病和药物作用效果进行分析。

药物蛋白质组学的重要研究内容在临床前包括新药和靶的发现、药物作用模式、毒理学研究，在临床研究方面包括疾病特异性蛋白作为有效患者选择的依据和临床试验的标志。应用类似于药物遗传学的方法，按照蛋白质谱来分类患者，并预测药物作用疗效。

（二）在药学研究中的应用

1．药物作用靶点／标志物的探测鉴定　药物发现阶段对创新药物的研究具有决定性的意义。筛选效率的提高将大大缩短新药开发的周期和减少资金消耗。而蛋白质组学在药物作用靶点的发现和筛选模型的建立上，有其独到的优越性。在寻找药物和作用靶点时，可将一个细胞或组织的健康和疾病状态的蛋白质组图谱进行比较，找出差异蛋白质。这是蛋白质组学的最普遍的应用——比较蛋白质组学。对疾病和正常组织的不同蛋白质组进行分析来鉴定疾病（如癌症）过程中的诊断标志物，也属于靶点探测的一部分内容。蛋白质组学可以提供一种发现和鉴定在疾病过程中表达异常的蛋白质（疾病相关蛋白质）的方法，此蛋白质可作为药物筛选的作用靶点或是相关疾病的分子标志物（molecular marker）。

目前，蛋白质组学除了广泛用于寻找各种疾病相关蛋白质作为药物作用靶点外，利用其高通量筛选和定量分析蛋白质与多肽的特点，还可以从蛋白质混合物中筛选出与已知生物活性但靶点未知的蛋白质相互作用的蛋白。此外，在肿瘤患者接受化疗时，经常会遇到肿瘤细胞对抗肿瘤药物产生耐药性和肿瘤转移的问题，处理结果的好坏与患者的5年生存率密切相关。比较正常组织和肿瘤细胞在给药前后蛋白质表达水平的差异，找到分别在肿瘤细胞、耐药细胞株和高转移率的肿瘤细胞株中特异表达的蛋白质，作为研制新药的作用靶点，那么解决这一威胁人类健康的难题将指日可待。

在药物作用后，比较分析正常或疾病状态的蛋白质组图谱，可用于鉴定候选药物的潜在效应。蛋白质组还可与药物化学结合来评价比较药物类似物结构－活性之间的关系，这一应用将促进新药的定向筛选。

2．药物作用机制的研究　目前，许多药用的活性化合物在体内的作用机制并不清楚。应用蛋白质组技术，分析经这些活性化合物处理过的细胞－组织或体液表达的蛋白质组，并比较处理（治疗）前后的蛋白质组的表达差异、鉴定其中发生相应变化的蛋白质，可揭示药物的作用机制。如Anderson等通过分析抑制素类降胆固醇化合物对小鼠肝脏蛋白质组的影响，从药物治疗前后表达变化的蛋白质中鉴定出HMG-CoA合成酶（胆固醇合成途径的关键酶之一），从而阐明了该类降胆固醇药物的作用机制。

3．新一类抗生素的开发　由于传染病仍是死亡的主要原因，因而抗感染药是近年来各国新药开发的热点之一。但当面对抗生素耐药问题以及不断出现新的微生物的感染性疾病，老的方法显得束手无策。其根本原因就在于对药物的作用机制缺乏透彻的认识。蛋白质组学技术可以让人们清楚地了解细菌内哪些蛋白质会在抗生素的作用下发生改变，以及何种变化。根据这些变化，可以蛋白质作为新药设计的靶点，筛选出新一类的抗生素。同时还可选取一些耐药菌株，考察其耐药机制。有目的地筛选新的抗生素。根据敏感和耐药菌株的比较蛋白质组结果，可较全面而迅速地了解耐药机制，针对性地寻找对策或新的有效抗菌药。另外，2-DE技术可以使人们了解在不同生长阶段，不同的生理与代谢机制下，蛋白质的表达谱，进而全面掌握不同条件下细胞内的调节。将这些信息归档在数据库中，可有助于建立微生物的细胞模型。

4．毒理学研究　蛋白质组学在药物毒理上的应用被称为“毒理蛋白组学”（toxicoproteomics）。毒理蛋白质组学的应用主要分为两大部分：①在临床前、临床中发现毒性标志物（单一物质或表达谱）以预测或早期发现药物毒性；②药物毒理机制的研究。与传统方法相结合，蛋白质组学在鉴定药物毒理机制上具有广阔的应用前景，能更准确地预测药物在人体中所发生的毒性。在机制研究的基础上，蛋白质组学更适用于药物毒性筛选和预测。确立毒性作用和蛋白质标志物之间的关系就意味着可以利用这些标志物进行新化合物的毒性筛选。应用灵敏的蛋白质组学技术可以在比传统方法（如组织病理和临床化学）剂量更低、时间更短的情况下鉴定出毒性作用。这样就可以对研究的早期预测药物潜在的毒性作用和对先导化合物进行毒性排序，从而有效地节省大量时间和经费。目前，毒理蛋白质组学主要应用于肝脏、肾脏和致癌性等方面的毒性预测。

药物蛋白质组学对毒理学的研究，一般通过比较正常细胞和给药后细胞的蛋白质表达丰度的变化。一个成功运用蛋白质组进行毒理学研究的例子是：对环孢素A（CsA）的肾脏毒性研究。用CsA处理小鼠后，在2-DE图谱上发现其肾脏蛋白中一种钙结合蛋白下调，而生理状态下，这种钙结合蛋白参与钙离子的结合和转运。当它在肾脏的表达丰度减弱时，就会导致肾小管钙化，影响其他物质的代谢，产生肾脏毒性。

5．分子药理筛选模型　采用分子水平的筛选模型的大规模药物筛选已被普遍用于第一步初筛，其优点为特异性强、灵敏度高、微量快速。蛋白质组学技术将来应用于筛选模型构建中的一个最大的优势就是更清楚、更详尽的阐明分子药理机制，提供更为有效、合理的药理模型。根据现在蛋白质组学的研究结果，表明蛋白质基因表达的调控构成了真正的药物作用机制。

蛋白质组学的理念在构建新型的分子模型有其独到之处，较传统的动物模型更能全面地反映疾病发生的蛋白质基础。如转基因小鼠仅能模拟阿尔茨海默病患者β淀粉样蛋白水平的增高和记忆损害，却不能再现神经纤维缠绕形成斑块后引起的神经元坏死（人体内神经纤维缠绕是由β淀粉样蛋白水平的增高所致）。出现动物模型与人体的病理差异提示应选择在蛋白质组的水平构建分子模型来研究疾病发生的分子机制，并分析给药前后靶组织的蛋白质组的变化，选择高效敏感的蛋白质分子设计和筛选新药。

蛋白质组学对于任何完整的功能基因组计划的研究而言都是必要的组成部分，它的优势和重要性在于可以直接分析蛋白质，提供生命活动执行体——蛋白质较全面的信息。当然在方法学上尚待探索和提高，特别是高流通量、高灵敏度、自动化检测手段等技术方面的改进。蛋白质组学对于新药研究的意义并不仅仅在于它是否能直接产生新的药物，更重要的是产生新的指导思想，而减少对新药寻找中的盲目性，加快靶点的探测速度，增加新药的临床试验通过率。可以预见，药物蛋白质组学技术将在药物开发和研究中，带来根本性的变革。

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