蛋白质组学与药物基因组

上一篇 / 下一篇  2008-03-12 08:02:17/ 个人分类:蛋白质组应用

        目前,蛋白质研究在国内外正如火如荼地展开,大有星火燎原之势。但我们也应当看到,蛋白质组研究,远比研究基因复杂得多,困难得多,在技术和仪器上都会遇到瓶颈。现在蛋白质组研究都仍处于基础研究阶段,对蛋白质组研究的应用有一个认识过程以及升级配套过程,蛋白质组研究的产业化还有很长一段路要走。因此,如何既抓住蛋白质组学研究刚刚启动的时机,迅速地进入到蛋白质组学的前沿,抢占制高点,又要审时度势,结合自身实际情况,确定自身发展的方向,是摆在我们生命科学研究发展方向决策中的一个重要问题。

21世纪将是生物技术的时代,蛋白质组的时代。蛋白质组学的发展给医药产业提供了一个新的发展机遇。随着人们对蛋白质组研究的深入,必将出现更令人振奋的成果,这些成果将很快应用于生物制药,从而使一批高科技含量、高附加值、对疾病的认识和治疗将上升到一个新的高度,为生物制药业插上腾飞的翅膀,为全人类健康带来无可限量的福音。

 蛋白质组学正是近年来新发展起来的强有力的发现药靶的技术平台,作为一个新的学科发展领域,它对所有及时进入者都将提供巨大的机会。

 不过,蛋白质组学为一种新生领域,目前还处于初期发展阶段,仍有许多困难有待克服。如现有分析仪器的灵敏度还很难将体内微量的调节蛋白质精确分析。而这种微量调控蛋白的精确表达在生命过程中起到关键性作用。另外,成千上万种蛋白质间及蛋白质与其它生物大分子间的相互作用和作用方式的复杂性同样也是蛋白质组研究所面临的问题。

 蛋白质组学研究和基因组研究一样,依赖于强有力的、高通量、大规模的技术。在目前的蛋白质研究中,仍以双相电泳和质谱技术为支柱技术,并在分辨率和检出率方面有很大改进。但是与基因组学研究相比,由于蛋白质的复杂性和识别原则的多样性,缺乏一种高通量的识别工具仍然是蛋白质组学深入研究的瓶颈。因此,一些新的技术也由此孕育而生。

 新药设计开发和个性化治疗的关键是找到有关的蛋白质。人类基因组序列草图虽然已经完成,完整的序列图谱也接近完成,但是仅有基因,甚至基因的信使RNA(指导细胞产生特定蛋白质的物质,是DNA转录的产物)还远远不能实现基因组研究的预期目标。因为,第一,药物作用的靶子往往是蛋白质,基因组不能告诉一个细胞内蛋白质数量或其动态的信息;第二,信使RNA表达水平和蛋白质表达水平之间的对应关系尚不明确,信使RNA高表达不等于相应的蛋白质也高表达;第三,蛋白质会经历对其活性可能有重大影响的化学修饰,基因组本身不足以提供有关的信息。基因组只是提供了理论预期的可能性,信使RNA也只提供了更接近现实的可能性,只有蛋白质组才能准确告诉细胞内正在发生的事件。

 蛋白质组(在特定时间和空间一个细胞内全部的蛋白质种类、数量及其变化情况)的研究比基因组复杂。第一,蛋白质组的变数多,随不同个体、不同组织和年龄而变化,基因可能只有几万,而相应的蛋白质可能多达1-2亿,即使是关键蛋白质(如与疾病和发育有关的蛋白质)也不少;第二,解析蛋白质的结构和功能比基因组序列测定要复杂得多,需要特定的仪器和技术;第三,研究细胞内蛋白质之间的相互作用的任务更加艰巨。

 蛋白质组学研究开发方兴未艾,竞争日趋白热化。这是因为该领域的研究具有重大意义;研究开发难度远非基因组序列测定所能比拟;竞争对手的水平相差不大,几乎都或多或少依赖同一笨方法-2D电泳。目前没有一个公司能够像当年基因组测序时的Celera一样占据垄断地位,每个新入者都可能有很大的发展空间,竞争也十分激烈。国外几乎每个大的制药公司包括罗氏等都有其蛋白质组研究计划,小公司也厉兵秣马,准备从股市圈钱扩展研究。除了早已进入该领域的公司外,原先定位在基因组研究的公司也雄心勃勃地大举进军该市场。Celera公司及其母公司PE也再度合作,希望以其特有的设备优势在蛋白质组领域大展身手。Celera准备用2000年9月从股市筹集的约10亿美元添置100台机器,包括正在开发的整合了激光分子扫描仪(laser-based molecular scanner)、高速质谱、同位素标记蛋白质准确定量方法的质谱仪和蛋白质分离装置,使解析蛋白质结构的速率从现在的每小时3万个提高到100万个,这些价值10亿美元的超级电脑,至少能够加快10倍速度处理滚滚而来的蛋白质数据。Incyte Pharmaceiuticals公司也筹集了6亿多美元,同Oxford GlycoSciences合作,将后者提供的正常和疾病状态的蛋白质谱整合进其数据库,充当信息掮客,卖给药业公司。获得有关数据库的公司可以在信息方面明显领先于竞争对手。其他公司也在利用抗原抗体免疫学方法制造所有蛋白质的抗体,然后利用抗体从样品中钓取靶蛋白和与它相互作用的蛋白质,构建细胞内特定生物化学途径中相互作用的蛋白质之间的数据库。该数据库对于希望开发阻断特定代谢途径的关节点的公司具有很大的吸引力。

 1980年以后,新药开发从以化学合成为主向生物学时代转变,特别是在人类基因组计划即将完成之时,利用大规模基因组研究方法和成果,为临床用药的高效性、针对性和安全性及新药开发、评价提供了新的模式,这就是最近几年提出的“药物基因组学”。在大部分基因已测得其表达之后,为新药研究提供了更多的靶标,利用遗传标记及高通量筛选方法,使成本大幅度降低,加速新药上市。 但“药物基因组学”存在几点致命的缺陷。由于核酸结构多数是同源的,联系着许多正常功能,因而作用于DNA的药物,大多数选择性差,毒性大,有严重的细胞毒性;其次是疾病的表征是在蛋白质上,许多疾病如癌症、心血管疾病等是多种基因共同作用的结果,因而很难找到关键的基因。由于上述原因而约束了新药开发的速度,仅凭“药物基因组学”这只单脚圆规,很难绘出完美的圆圈。因此必须回到蛋白质的研究上,才能真正在功能结构上阐明生命活动的实质和进行新药开发,故提出“蛋白质组学”的新概念。

 人体内的每一细胞是由一万余个不同浓度、不同类型蛋白质的有机组合,不同蛋白质的组合就构成不同细胞的功能,如肝细胞、肺细胞等。要想把细胞内部这些功能和信息全部展现出来,惟一的方法是利用蛋白质组学技术,通过二维聚丙烯酰胺凝胶电泳,结果得到一张拥有千余个蛋白质点的“繁星图”,利用计算机分析、质谱和氨基酸分析鉴定,将此图变成开发新药的“探宝图”。

 20世纪的新药研究集中在作用于细胞膜上的酶靶和受体靶,以信息传递或阻断为目标,发现和生产目前临床上常用的药物,如β-受体阻断剂、ACE抑制剂等。借助于蛋白质组学的相关技术,可了解其内部的作用与运转机制,成为药物发现的“路标”。在药物发现阶段,大量合成有机化合物和分离获得的天然有效成分,利用自动筛选,发现具有进一步开发价值的化合物,从而缩短新药发现周期。还可以通过疾病发生不同时期蛋白质的变化进行分析。发现疾病不同时期蛋白质标志物,不仅对发现新药有指导意义,而且可形成未来诊断学和治疗学的理论基础。

 目前抗癌药均具有较严重的毒副反应和耐药性,如果研究中有毒副反应和耐药的蛋白质表达,就可以以此蛋白质作为靶点,设计避免毒副反应和耐药的新药。抗生素的耐药普遍存在,目前新药开发的速度往往落后于微生物产生耐药的速度,而利用蛋白质组学可了解微生物哪些蛋白质对抗生素产生耐药,根据其改变情况而设计靶标的新药。

 蛋白质组学最令人注目的是研究和开发抗体药物。抗体是抵抗病原体的主要防御体系,他们是由免疫系统自主产生的蛋白质,每一个抗体都具有特异性地识别作为抗原靶分子的特征。近百年来,传染病的防治方法主要是利用疫苗注入或口服,使体内产生抗体而发挥作用,应用此种方法已使部分传染病如天花等疾病被消灭。利用蛋白质组学技术和药物基因组学技术的配合,可直接生产各种抗体药物,经注射或口服进入人体内直接发挥防治疾病的作用,不仅对传染病有效,对某些非传染病也有效。

 “蛋白质组学”和“药物基因组学”,两者相互结合,相互补充,相互融合,将在21世纪新药开发中占据主导地位


摘自:生物医药世界


TAG: proteome蛋白质组药物基因组geome

huoche 引用 删除 huoche   /   2008-03-13 20:25:37
恩,这篇文章不错,感谢LZ分享。
 

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