微生物藥物研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)微生物藥物作為重要的臨床藥物具有重要的地位，尤其是在抗感染、抗腫瘤、降血脂和抗器官移植排異用藥方面具有不可替代的作用。自1929年，青霉素被發(fā)現(xiàn)后，20世紀(jì)40年代以來(lái)，已有上百種抗生素先后用于臨床的細(xì)菌感染治療以及腫瘤化療和降血脂以及器官移植排異反應(yīng)?？傮w上，由于微生物藥物特別是抗生素的廣泛應(yīng)用使人類的壽命延長(zhǎng)了15年。廣義的微生物藥物即由微生物發(fā)酵獲得的藥物現(xiàn)約占全球醫(yī)藥生產(chǎn)產(chǎn)值的50%左右。1．功能基因組學(xué)研究為創(chuàng)新微生物藥物提供更多的藥物靶標(biāo)隨著人類基因組學(xué)的研究和微生物基因組學(xué)研究的深入，近期將有5000個(gè)功能基因或蛋白被認(rèn)為是潛在的藥物靶標(biāo)，是20世紀(jì)末已經(jīng)確定的藥物靶點(diǎn)的10倍以上，這為微生物新藥的篩選與發(fā)現(xiàn)奠定了更廣闊的基礎(chǔ)，但由于真正的藥物靶標(biāo)需要有可靠的有效藥物的驗(yàn)證，因此這些潛在的藥物靶標(biāo)被確認(rèn)為真正的藥物靶標(biāo)還需要新藥研發(fā)的實(shí)踐來(lái)證明。而微生物藥物的藥物靶標(biāo)又更多地與病原微生物的基因組學(xué)及功能基因組學(xué)研究的進(jìn)展相關(guān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2009年，世界范圍內(nèi)已有2500種以上的病毒，582種細(xì)菌，100多種真菌的基因組完成測(cè)序。以中國(guó)深圳華大基因研究院為核心的“協(xié)作組”于2009年8月已經(jīng)正式啟動(dòng)為期三年的“萬(wàn)種微生物基因組計(jì)劃”，最近幾年將有更多的微生物基因組學(xué)及功能基因組學(xué)數(shù)據(jù)面世。與此同時(shí)，蛋白基因組學(xué)研究正在興起，2002-2005年我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的“人類肝臟蛋白組學(xué)計(jì)劃”,鑒定和發(fā)現(xiàn)了一大批有重要功能的蛋白質(zhì)，構(gòu)建了大規(guī)模的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)測(cè)定了一部分人類重大疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；全面系統(tǒng)地解析出108個(gè)獨(dú)立蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了一批潛在的藥物作用靶標(biāo)；制備了國(guó)際上最大規(guī)模的蛋白質(zhì)單克隆抗體庫(kù)。日本理化研究所在2002年至2006年實(shí)施了蛋白質(zhì)3000項(xiàng)目，在5年內(nèi)，主要利用X-射線衍射分析和3D-NMR分析方法解析了以各種模式微生物為主要來(lái)源的近3000個(gè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，為解析這些蛋白質(zhì)的主要功能奠定了基礎(chǔ)。作為病原微生物來(lái)講，功能基因組研究成果為微生物必需基因和致病基因的確定提供了前提。對(duì)于一般的病毒來(lái)講，其整個(gè)基因組可以編碼10個(gè)左右的蛋白基因，其中有4-6個(gè)功能蛋白可作為藥物靶標(biāo)，如再加上特定病毒的細(xì)胞輔助蛋白，可有10個(gè)以上的藥物靶標(biāo)。對(duì)于細(xì)菌來(lái)講，其基因組要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于病毒，一般其基因組大多在2-6Mb之間，其編碼的蛋白基因在數(shù)千個(gè)（如已知結(jié)核桿菌H37Rv基因組包含3924個(gè)編碼蛋白基因），其微生物特有的必需基因可能數(shù)以百計(jì)，這些必需基因如果和真核相應(yīng)的基因同源性小，可以被認(rèn)作為抗微生物藥物的潛在藥物靶標(biāo)。真菌的基因組在2.5-81.5Mb，作為真核生物，其許多蛋白是保守的，在生物的進(jìn)化中被保留下來(lái)；另一些蛋白在進(jìn)化中被放棄了并代之以新的蛋白基因。通過(guò)與人類功能基因的比較，找出真菌的必需和與人類差異基因與蛋白，對(duì)醫(yī)療上重要真菌基因組分析有可能鎖定抗真菌藥物靶標(biāo)，特別是幾個(gè)致病性真菌的基因組已經(jīng)被完全測(cè)序，這樣與人類不存在同源性且為真菌生長(zhǎng)所必須的基因的預(yù)測(cè)成為可能，而且成為研究弱毒副作用的殺真菌藥物的一個(gè)靶標(biāo)。如在白色假絲酵母的基因組序列中發(fā)現(xiàn)了228個(gè)基因，這些基因都存在于其它5個(gè)被測(cè)序的真菌基因組中，但在人或鼠的基因組中缺乏同源性，這些基因是利用小分子物質(zhì)抑制白色假絲酵母的潛在靶標(biāo)可以需找抗真菌藥物的藥物靶點(diǎn)。2.高通量藥物篩選在微生物藥物早期發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用，加速了苗頭化合物的獲得從土壤微生物中篩選抗生素，是現(xiàn)代規(guī)?；幬锖Y選的開(kāi)端，隨著高通量篩選技術(shù)的發(fā)展，利用微生物發(fā)酵產(chǎn)物粗提取品的藥物篩選，由于重復(fù)性較差，活性成分純化的難度大，限制了創(chuàng)新微生物藥物篩選的速度和成功率，也使大的制藥公司更傾向于利用組合化學(xué)制備的大規(guī)?；衔飵?kù)的高通量藥物篩選，雖然篩選效率大大提高，但得勢(shì)不得利，其獲得新的化學(xué)實(shí)體的數(shù)量并沒(méi)有顯著提高，而且隨著新藥標(biāo)準(zhǔn)的提高，新的化學(xué)實(shí)體反而成下降趨勢(shì)。因此，天然產(chǎn)物作為創(chuàng)新藥物的篩選資源再次受重視。而微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物相較于動(dòng)植物次級(jí)代謝產(chǎn)物的，具有更易開(kāi)發(fā)利用，不破壞生態(tài)環(huán)境，可通過(guò)發(fā)酵大量獲得，易于采用生物技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)科技部自九五期間開(kāi)始資助支持國(guó)內(nèi)籌建國(guó)家新藥（微生物）新藥篩選實(shí)驗(yàn)室，十五、十一五期間又以篩選平臺(tái)的形式資助支持微生物藥物高效篩選。十年來(lái)，我國(guó)微生物藥物的篩選技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在藥物篩選微生物資源方面已經(jīng)建立了近15萬(wàn)株的微生物藥物篩選用菌株庫(kù)，和20萬(wàn)微生物發(fā)酵液提取品庫(kù)。高通量微生物藥物篩選模型已達(dá)到150種，年篩選量已由十五期間的20萬(wàn)樣次，發(fā)展到十一五期間的100萬(wàn)樣次，通過(guò)大量的規(guī)?；暮Y選，已經(jīng)獲得一批藥物先導(dǎo)化合物和藥物候選物，有些已經(jīng)進(jìn)入臨床前研究階段。就微生物藥物的篩選規(guī)模和水平來(lái)講，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。3.模式生物學(xué)方法是高效獲得創(chuàng)新微生物藥物先導(dǎo)化合物的有效方法經(jīng)典的抗生素篩選是以模式微生物學(xué)篩選方法，最早用的比較多的是利用馴化敏感菌的方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，利用克隆分子靶標(biāo)，建立生化檢測(cè)的高通量篩選方法已經(jīng)取得優(yōu)勢(shì)，但往往會(huì)忽略了在細(xì)胞水平的作用，利用分子水平獲得的苗頭化合物在發(fā)展為先導(dǎo)化合物和了候選藥物方面具有更多的淘汰率。因此，重新審視模式生物的方法，利用分子靶與細(xì)胞相結(jié)合的方法將大大提高苗頭化合物的命中率。細(xì)胞生物學(xué)的研究正是更多地沿用了模式生物的方法，利用相對(duì)簡(jiǎn)單的模式生物來(lái)研究細(xì)胞生命的結(jié)構(gòu)、功能。如細(xì)胞周期與調(diào)控的研究，就是采用了酵母菌作為模式生物來(lái)研究并獲得突破的。創(chuàng)新微生物藥物的發(fā)現(xiàn)，尤其是抗生素的發(fā)現(xiàn)，完全可以利用模式微生物進(jìn)行規(guī)?；Y選，并結(jié)合臨床耐藥菌等檢測(cè)，使新型抗生素的發(fā)現(xiàn)更高效、更可靠。4.規(guī)模化開(kāi)發(fā)利用微生物資源，獲得高質(zhì)量大規(guī)模的微生物產(chǎn)物純品庫(kù)將有利于創(chuàng)新微生物藥物的快速發(fā)現(xiàn)迄今為止，世界范圍內(nèi)曾經(jīng)獲得的具有可靠結(jié)構(gòu)表述的天然微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物只有20000多個(gè)，而直接作為藥物或經(jīng)改造成為臨床用藥或農(nóng)用的微生物產(chǎn)物接近200個(gè)。是所有化合物種類中成藥性最高的。但所謂的20000多個(gè)微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物其大部分只是在不同的實(shí)驗(yàn)室短暫存在的，大多數(shù)化合物只是用于測(cè)定了化學(xué)結(jié)構(gòu)，和單一的抗菌或特定活性后就用完，并沒(méi)有被廣泛地留存下來(lái)，這樣就造成了從沒(méi)有過(guò)較大規(guī)模的微生物產(chǎn)物純品庫(kù)的存在。如果能有數(shù)以千記的微生物產(chǎn)物純品，對(duì)于集中進(jìn)行多活性的規(guī)?；Y選，快速獲得微生物藥物先導(dǎo)化合物是非常有意義的。隨著化學(xué)分離手段的進(jìn)步與發(fā)展，以及我國(guó)在藥物研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入的加大，在我國(guó)開(kāi)展規(guī)?；⑸锎渭?jí)代謝產(chǎn)物的分離純化與鑒別，建立規(guī)?；奈⑸锂a(chǎn)物純品庫(kù)已經(jīng)成為可能，而且也十分必要。這是創(chuàng)新微生物藥物快速高效發(fā)現(xiàn)的必然要求，同時(shí)也是人類戰(zhàn)勝細(xì)菌耐藥的戰(zhàn)略需求，因?yàn)槲⑸锎渭?jí)代謝產(chǎn)物中蘊(yùn)藏著抵御烈性微生物和耐藥微生物的多樣性的高效分子。利用微生物天然化合物資源戰(zhàn)勝微生物侵襲與耐藥是自然之作，也是人類賴以借用的有力武器。5．微生物基因組學(xué)揭示了微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物具有廣泛的結(jié)構(gòu)多樣性和巨大的開(kāi)發(fā)潛力已知現(xiàn)在可培養(yǎng)并被利用產(chǎn)生微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物研究的微生物只占所有微生物種類的2-5%。而有關(guān)各種產(chǎn)生抗生素或有用次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生菌的基因組學(xué)研究表明，微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成基因往往成簇存在，一般一株鏈霉菌的基因組中編碼與次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成相關(guān)的生物合成基因簇有20多個(gè)，而一株絲狀真菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇可能有30以上。因此，每株鏈霉菌或每株絲狀真菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類應(yīng)該以數(shù)十計(jì)，因?yàn)槌擞?0多種生物合成的途徑外，還有相互之間的組合，產(chǎn)物的修飾。因此，微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物本身就是一個(gè)多樣性的化學(xué)結(jié)構(gòu)群。這些次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇決定了微生物可以利用各種原料進(jìn)行多樣性的組合合成多樣性的有機(jī)分子。而這些分子又注定在調(diào)節(jié)蛋白活性上具有天賦的功能，因此，有理由相信，微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物具有很好的成藥性并不是巧合，而是具有一定的必然性。6.微生物藥物的再發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)改造與優(yōu)化將提高創(chuàng)新微生物藥物的效率隨著抗生素在臨床的應(yīng)用，由于微生物固有的耐藥機(jī)制和不斷誘導(dǎo)產(chǎn)生耐藥性，使許多臨床上的抗生素變得無(wú)效?，F(xiàn)在臨床院內(nèi)感染MSAR,VRE，多藥耐藥和超級(jí)耐藥菌不斷被報(bào)道，各種耐藥菌的感染率不斷上升，迫切需要新的抗生素的出現(xiàn)。但實(shí)際上，近四十年來(lái)，僅有4種新的結(jié)構(gòu)骨架抗生素面世，情況并不樂(lè)觀。由于回報(bào)率相對(duì)較低，許多大的企業(yè)紛紛把注意力轉(zhuǎn)向了生物技術(shù)大分子藥物如抗體藥物等的研發(fā)。但是，即使這樣，創(chuàng)新微生物藥物仍在不斷發(fā)展。其中，挖掘已有的微生物活性產(chǎn)物潛力，發(fā)現(xiàn)新的活性，利用微生物產(chǎn)物新的結(jié)構(gòu)修飾物不失為一種策略。近年來(lái)，各國(guó)批準(zhǔn)的新微生物藥物或正處在臨床試驗(yàn)的一批微生物藥物，很多都是已有微生物藥物的再發(fā)現(xiàn)或結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)物，因此，開(kāi)展對(duì)微生物產(chǎn)物的多活性藥物篩選，包括對(duì)已有微生物藥物新活性的發(fā)現(xiàn)及機(jī)制研究，也會(huì)產(chǎn)生新的微生物藥物。近年來(lái)各國(guó)批準(zhǔn)的新微生物藥物藥物名稱商品名開(kāi)發(fā)單位首次上市類別抗腫瘤藥物鹽酸氨比柔星（Amrubicinhydrochloride）Calsed日本住友制藥日本2002蒽環(huán)類抗生素伊沙匹隆（ixabepilone）Ixempra百時(shí)美施貴寶美國(guó)2007埃博霉素類免疫抑制劑依維莫司EverolimusCertican瑞士諾華瑞典2003大環(huán)內(nèi)酯類霉酚酸鈉(Mycophenolatesodium)Myfortic?瑞士諾華瑞士2002美國(guó)2004酚酸類代謝調(diào)節(jié)藥物美格魯特（miglustat）Zavesca美國(guó)ACTELIONPHARMS美國(guó)2003糖衍生物瑞舒伐他?。≧osuvsatincalciums）Crestor美國(guó)阿斯利康荷蘭2002年美國(guó)2003年他汀類藥物抗感染藥物泰里霉素（Telithromycine）KetektmAbbott公司歐洲2001鏈陽(yáng)霉素類比阿培南（Biapenem）Omegacin日本Lederle公司日本2002碳青霉烯類厄他培南（Ertapenem）Invanztem美國(guó)默克公司美國(guó)2001歐洲2002碳青霉烯類多利培南(doripenem)Finibox碳青霉烯類頭孢比普(ceftabiprole)