1、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)6生物信息學(xué)虛擬篩選，也稱計(jì)算機(jī)篩選，即在進(jìn)行生物活性篩選之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)化合物分子進(jìn)行預(yù)篩選，以降低實(shí)際篩選化合物的數(shù)目，同時(shí)提高先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)效率。Virtual screeningLibrary of chemical compounds蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) Free!Commercial蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選化合物小分子數(shù)據(jù)庫(kù) ZINC 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5.

2、 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 化合物小分子數(shù)據(jù)庫(kù) ZINC 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化分子線性輸入規(guī)范(simplified molecular input line entry specificati

3、on, SMILES)是一種用ASCII字符串明確描述分子結(jié)構(gòu)的規(guī)范。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) benzoic.mol2 *.mol2 *.pdbqtsplittransform程序處理蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) receptor.pdbqtreceptor.pdb138蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual sc

4、reening (VS) 192 compoundsreceptorX 192 docking192 docking results程序自動(dòng)完成192次對(duì)接蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 1.RankBenzoic Acid:positive controlRanked by Free Energy蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) Agonist, Antagonist, Inhibitor

5、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 144蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)5. 分子對(duì)接（docking）：虛擬篩選 Virtual screening (VS) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)AutoDock Vina演示視頻: /tutorial.html蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)6. 分子對(duì)接（docking）：反向?qū)?Target Fishing 反向?qū)樱═arget Fishing）- 是通過(guò)把一個(gè)小分子與多個(gè)靶標(biāo)蛋白進(jìn)行分子對(duì)接，

6、尋找潛在的靶標(biāo)。當(dāng)前軟件和技術(shù)：還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)和成熟的免費(fèi)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，只有少數(shù)收費(fèi)軟件能實(shí)現(xiàn)此功能，以及很少的科研單位通過(guò)自己的算法和對(duì)已有對(duì)接程序的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)6. 分子對(duì)接（docking）：反向?qū)?Target Fishing 靶標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù) http:/bioinfo-pharma.u-strasbg.fr/scPDB scPDB：An Annotated Database of Druggable Binding Sites from the Protein DataBankscPDB：收集了標(biāo)準(zhǔn)PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中含有可以為藥物結(jié)合的位點(diǎn)的蛋白。可

7、根據(jù)配體、蛋白、結(jié)合方式為特征進(jìn)行搜索。當(dāng)前版本包含：16000 entries, 4000 proteins and 6000 ligands 可以下載到本地使用，每個(gè)蛋白一個(gè)單獨(dú)的文件夾，每個(gè)文件夾都包含如下文件ligand_xray.mol2：從原始復(fù)合物中剝離的配體晶體結(jié)構(gòu)protein.mol2：去除配體結(jié)構(gòu)的蛋白受體結(jié)構(gòu)site.mol2：去除配體結(jié)構(gòu)的蛋白受體結(jié)構(gòu)，僅包含結(jié)合位點(diǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 四級(jí)結(jié)構(gòu)如何獲得蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)6. 分子對(duì)接（docking）：反向?qū)?Target Fishing 反向?qū)樱?多個(gè)正向?qū)樱?遍歷蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)文件，獲得每個(gè)蛋白質(zhì)及其先關(guān)文件 軟件自動(dòng)

8、探測(cè)結(jié)合位點(diǎn)，并標(biāo)識(shí)結(jié)合區(qū)域 自動(dòng)循環(huán)，使小分子與每個(gè)蛋白受體對(duì)接 打分、篩選和排序分子動(dòng)力學(xué)模擬（Molecular Dynamic Simulation，MDS） 用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬原子及分子的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程。軟件：NAMD，CHARMM，DESMOND, GAUSS，等500-aa protein, 1 ns (10-9 s), 20 Cores : 15 hoursa meaningful simulation 100ns蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 分子動(dòng)力學(xué)模擬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 分子動(dòng)力學(xué)模擬/Gallery/Movies/ 化學(xué)類新藥研發(fā)過(guò)程化學(xué)藥、生物藥與生物制藥化學(xué)藥：小分子，可以口服、注射、外用

9、。生物藥：蛋白質(zhì)，只能注射、外用。生物制藥：無(wú)論化學(xué)藥還是生物藥，利用微生物代謝、發(fā)酵等生物技術(shù)得到藥物。組成生命的有機(jī)物質(zhì)核酸 蛋白質(zhì) 脂類藥物靶點(diǎn)蛋白質(zhì)藥物靶點(diǎn)蛋白質(zhì)是與各種人類疾病緊密相關(guān)，并且可以影響或控制疾病的蛋白質(zhì)分子。通過(guò)藥物分子與靶蛋白的結(jié)合，便可以達(dá)到治療疾病的效果。要研發(fā)治療某種疾病的藥物，前提便是確定該疾病的靶點(diǎn)蛋白質(zhì)。人體中含有超過(guò)10萬(wàn)種蛋白質(zhì)，其中潛在的藥物靶點(diǎn)蛋白估計(jì)在8千個(gè)左右，這其中已測(cè)定三維空間結(jié)構(gòu)的超過(guò)1千，已確認(rèn)為靶點(diǎn)蛋白的約500。藥物靶點(diǎn)蛋白質(zhì)的確定人體內(nèi)的蛋白質(zhì)相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。如果一個(gè)蛋白質(zhì)對(duì)疾病有幫助作用，就要阻斷它與其他分子相互作用，從

10、而治愈或減輕疾病。如果它對(duì)疾病具有遏制作用，就要激活它。這樣的蛋白質(zhì)就是靶點(diǎn)蛋白質(zhì)（負(fù)向靶點(diǎn)/正向靶點(diǎn)）。確定針對(duì)某一疾病的靶點(diǎn)蛋白需要長(zhǎng)期大量的生理生化實(shí)驗(yàn)。藥物分子、靶點(diǎn)蛋白質(zhì)、與疾病之間并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。藥物靶點(diǎn)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)藥物靶點(diǎn)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)藥物與靶點(diǎn)蛋白質(zhì)的關(guān)系可以把藥物分子和蛋白質(zhì)分子視為鑰匙與鎖的關(guān)系，但并非嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中顯示的是阿莫西林分子與其靶蛋白的相互作用情況。新藥物的類別國(guó)家藥物審批辦法中規(guī)定了五類化學(xué)藥品（西藥），以下為摘要內(nèi)容（非文件原文）： 第一類新藥：在國(guó)內(nèi)外均未獲批上市的合成的或天然物質(zhì)中提取的化合物制劑。 第二類新藥：改變給藥途徑且尚未在國(guó)內(nèi)外上

11、市銷售的制劑。 第三類新藥：已在國(guó)外上市銷售但尚未在國(guó)內(nèi)上市銷售的藥品 。 第四類新藥：改變已上市銷售鹽類藥物的酸根、堿基（或者金屬元素），但不改變其藥理作用的原料藥及其制劑 。 第五類新藥：改變國(guó)內(nèi)已上市銷售藥品的劑型，但不改變給藥途徑的制劑。 一類新藥物的研發(fā)過(guò)程先導(dǎo)化合物的篩選與發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物的優(yōu)化：藥理學(xué)（藥效）研究、毒理學(xué)（安全性）研究、臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)分析（動(dòng)物）藥物制劑一期臨床試驗(yàn)二期臨床試驗(yàn)三期臨床試驗(yàn)新藥審批四期臨床試驗(yàn)（上市初期檢測(cè)）一類新藥物的研發(fā)過(guò)程1. 先導(dǎo)化合物的篩選與發(fā)現(xiàn) 目前，尋找先導(dǎo)化合物必然要有一個(gè)線索，這個(gè)線索主要來(lái)源于以下兩個(gè)方面：（1）天然藥物里的

12、藥效成分提純而成的化合物（2）已有的藥物化合物 這個(gè)線索化合物可以視為“舊藥”。搜尋與這個(gè)線索化合物結(jié)構(gòu)相似的所有化合物，作為候選的化合物，所謂先導(dǎo)化合物的篩選就是從這些候選化合物里篩選出一個(gè)或幾個(gè)先導(dǎo)化合物。這些候選化合物可能有成千上萬(wàn)個(gè)。上萬(wàn)候選化合物如何取得？它們根本上的來(lái)源是人工合成或天然產(chǎn)物分離提純。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室里的科研人員來(lái)說(shuō)，主要是從生化產(chǎn)品市場(chǎng)上購(gòu)買。 那么，歷史上在還沒(méi)有任何線索的情況下，當(dāng)時(shí)的“新藥”是如何發(fā)現(xiàn)的？答案：漫長(zhǎng)的一點(diǎn)一滴積累，加上偶然的因素。一類新藥物的研發(fā)過(guò)程1. 先導(dǎo)化合物的篩選與發(fā)現(xiàn) 如何篩選先導(dǎo)化合物？ HTS高通量篩選：使用儀器進(jìn)行準(zhǔn)確大量的取樣，將候

13、選化合物一一與靶蛋白在試管溶液中混合，檢測(cè)化合物是否與能與靶蛋白結(jié)合。那些能結(jié)合上的并且以正確的方式結(jié)合上的化合物被選出來(lái)，成為候選先導(dǎo)化合物。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確可信；缺點(diǎn)：十分昂貴。 計(jì)算機(jī)模擬篩選：候選化合物的結(jié)構(gòu)從小分子化合物數(shù)據(jù)庫(kù)（如ZINC）中下載取得（無(wú)需購(gòu)買實(shí)物），完全利用軟件模擬篩選的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：省時(shí)、省錢；缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度較實(shí)驗(yàn)方法低。 無(wú)論是用HTS高通量還是計(jì)算機(jī)模擬篩選出來(lái)的候選先導(dǎo)化合物再一一通過(guò)進(jìn)一步的更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行淘汰和驗(yàn)證，最終確定出一種先導(dǎo)化合物。一類新藥物的研發(fā)過(guò)程1. 先導(dǎo)化合物的篩選與發(fā)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)模擬篩選：一類新藥物的研發(fā)過(guò)程2. 先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 由于發(fā)現(xiàn)的先導(dǎo)

14、化合物可能具有作用強(qiáng)度或特異性不高、藥代動(dòng)力性質(zhì)不適宜、毒副作用較強(qiáng)或是化學(xué)或代謝上不穩(wěn)定等缺陷，先導(dǎo)化合物一般不能直接成為藥物。因此有必要對(duì)先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以確定候選藥物。簡(jiǎn)要的說(shuō)，先導(dǎo)化合物的優(yōu)化就是基于結(jié)構(gòu)相似性原理制備一系列化合物，評(píng)價(jià)其全面的構(gòu)效關(guān)系已對(duì)其物理化學(xué)及生物化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后再進(jìn)行體內(nèi)外活性評(píng)價(jià)，循環(huán)反饋，最終獲得優(yōu)良的化合物：候選藥物。申請(qǐng)專利。 （1）臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)分析（動(dòng)物） （2）藥理學(xué)（藥效）與毒理學(xué)（安全性）研究 （3）先導(dǎo)化合物三維結(jié)構(gòu)解析一類新藥物的研發(fā)過(guò)程2. 先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 （1）臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)分析 臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)是定量

15、研究藥物在動(dòng)物體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄規(guī)律，并運(yùn)用數(shù)學(xué)原理和方法闡述血藥濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律。目的是檢查藥物在體內(nèi)的穩(wěn)定性。比如，許多生物活性肽具有高效低毒的特點(diǎn)，但是，體內(nèi)不穩(wěn)定，口服無(wú)效。 臨床前藥物代謝動(dòng)力學(xué)要反復(fù)在各種動(dòng)物里進(jìn)行：小鼠、兔、狗、大型家畜。一類新藥物的研發(fā)過(guò)程2. 先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 （2）藥理學(xué)（藥效）與毒理學(xué)（安全性）研究 藥管機(jī)構(gòu)要求在實(shí)驗(yàn)室及活體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)何種化合物真正在活體中起效，物質(zhì)在整個(gè)機(jī)體中的反應(yīng)如何以及是否可能存在著副作用。只有經(jīng)臨床前實(shí)驗(yàn)證實(shí)有價(jià)值的候選藥物才可作為進(jìn)一步研究的候選藥物。 在藥理學(xué)領(lǐng)域，研究者要檢驗(yàn)每個(gè)候選藥物在活體中的行為。為此

16、，他們首先要確認(rèn)化合物是否確實(shí)被機(jī)體攝取、吸收、分布、化學(xué)修飾及再次排出；其次，一個(gè)重要的問(wèn)題是化合物的興奮或抑制作用是否確實(shí)實(shí)現(xiàn)靶向疾病的緩解，以及該作用的起效時(shí)間有多長(zhǎng)；最后，他們還必須研究化合物是否會(huì)引起任何副作用。 毒理學(xué)要檢驗(yàn)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)是否有毒性作用。在活性物質(zhì)可被第一次用于人體前，需確定能檢測(cè)到治療效果的最低濃度與未達(dá)到毒性作用的最大濃度劑量之間的范圍是很重要的。一類新藥物的研發(fā)過(guò)程2. 先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 （3）先導(dǎo)化合物三維結(jié)構(gòu)解析 解析先導(dǎo)化合物三維結(jié)構(gòu)是想藥管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)臨床試驗(yàn)的必要材料之一。三維結(jié)構(gòu)解析分需要以下三個(gè)步驟： i) 化合物的結(jié)晶：在之前的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先導(dǎo)化合物

17、都是溶解在溶液里面的，要解析其在微觀世界里的三維空間結(jié)構(gòu)，必須先使其結(jié)單晶（注意單晶與多晶的區(qū)別）。 ii) X射線衍射：使用X射線衍射機(jī)發(fā)出的X射線透射化合物晶體，采集晶體的衍射數(shù)據(jù)。 iii) 結(jié)構(gòu)解析：使用shelx軟件從衍射數(shù)據(jù)中構(gòu)建出化合物的三維空間結(jié)構(gòu)。 主要儀器：晶體培養(yǎng)設(shè)備、顯微鏡、X射線衍射、電腦化合物單晶結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室化合物樣品溶于不同溶劑中以備進(jìn)行單晶培養(yǎng)與篩選?；衔飭尉ЫY(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室單晶培養(yǎng)、晶型篩選。自主設(shè)計(jì)制造的晶體培養(yǎng)器化合物單晶結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室手工挑選規(guī)則的單晶?；衔飭尉ЫY(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室單晶X射線衍射數(shù)據(jù)收集?；衔飭尉ЫY(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室使用工作站電腦SHELX軟件把衍射圖譜還原成可視

18、化的原子坐標(biāo)文件。化合物三維結(jié)構(gòu)山東博仁泰康醫(yī)藥有限公司 西他沙星一類新藥物的研發(fā)過(guò)程3. 藥物制劑 藥物制劑問(wèn)題是審批臨床試驗(yàn)的最后一關(guān)，這個(gè)環(huán)節(jié)要解決以下三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題： （1）藥品的用法（劑型）和用量（劑量）的問(wèn)題。藥物的劑型，如針劑、片劑、膏劑、湯劑；藥物的劑量，如每日用幾次，一次用多少。 （2）藥物產(chǎn)能的問(wèn)題。即便一個(gè)藥物十分的優(yōu)良，但如果此藥物達(dá)不到一定規(guī)模的產(chǎn)量也不會(huì)被批準(zhǔn)臨床試驗(yàn)。 （3）去除雜質(zhì)的問(wèn)題。一類新藥物的研發(fā)過(guò)程4. 一期臨床試驗(yàn) 臨床藥理學(xué)家首先將該“藥物”用于6080名健康志愿者。在癌癥治療領(lǐng)域，此階段將有包括晚期腫瘤患者的加入。隨之很多臨床研究試圖確定在臨床前研

19、究中對(duì)活性物質(zhì)的預(yù)測(cè)是否在人體中仍成立。 當(dāng)新物質(zhì)第一次被給予人體時(shí)，只給予少數(shù)志愿者極少量該物質(zhì)，然后對(duì)其他志愿者逐漸增加劑量以尋找可耐受的不同劑量等級(jí)。為此，臨床醫(yī)生將監(jiān)測(cè)血壓、心率，并進(jìn)行大量的心電圖監(jiān)測(cè)。臨床醫(yī)生還會(huì)取血、尿和糞便的標(biāo)本以確定人體是如何吸收、分布、代謝以及最終排泄新物質(zhì)的。在試驗(yàn)中還監(jiān)測(cè)與其他藥物或其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相互作用。 一期臨床試驗(yàn)成功后方可申請(qǐng)二期試驗(yàn).一類新藥物的研發(fā)過(guò)程5. 二期與三期臨床試驗(yàn) 在二期臨床試驗(yàn)中，醫(yī)生有代表性地選擇100500名患者測(cè)試候選藥物。他們考察藥物是否達(dá)到預(yù)期療效，觀察是否產(chǎn)生副作用，并確定最佳劑量。二期臨床試驗(yàn)成功后可申請(qǐng)三期試驗(yàn)。 在三期試驗(yàn)中，醫(yī)生在數(shù)千名患者中對(duì)藥品進(jìn)行測(cè)試。本階段的目的是證明藥品的有效性、安全性以及相對(duì)于已上市的標(biāo)準(zhǔn)療