高通量藥物篩選的含義及其在中國的發展趨勢

高通量篩選的含義(yi)

近年來，由於(yu) 自動化技術特別是機器人的應用，在新藥研究中出現了高通量篩選技術（High throughput screening, HTS），該技術將化學、基因組研究、生物信息，以及自動化儀(yi) 器等先進技術，有機組合成一個(ge) 高程序、高自動化的新模式，從(cong) 而創造了發現新藥的新程序。由於(yu) 該技術具有快速、等特點，因而成為(wei) 新藥發現的主要手段。簡而言之，高通量篩選技術是將多種技術方法有機結合而形成的一種新技術體(ti) 係，它以微板形式作為(wei) 實驗工具載體(ti) ，以自動化操作係統執行實驗過程，以靈敏快速的檢測儀(yi) 器采集實驗數據，以計算機對數以千計的樣品數據進行分析處理，從(cong) 而得出科學準確的實驗結果和特色效用。英國學者AlanD研究提示，一個(ge) 實驗室采用傳(chuan) 統的方法，借助20餘(yu) 種藥物作用靶位，1年內(nei) 僅(jin) 能篩選75000個(ge) 樣品；1997年高通量篩選技術發展初期，采用100餘(yu) 種靶位，每年可篩選100萬(wan) 個(ge) 樣品；1999年高通量篩選技術進一步完善後，每天的篩選量就高達10萬(wan) 種化合物。

高通量藥物篩選主要由五個(ge) 部分組成：
　　１．自動化操作係統 它主要是指計算機控製的實驗室自動化工作站，又稱實驗室機器人。該工作站可以代替人工進行自動加樣、稀釋、轉移、洗脫、混合、溫孵、檢測等操作，使實驗遵守程序化，減少人工誤差，結果更準確可靠。在國外，高通量自動化篩選係統主要由製藥企業(ye) 構建和使用。高通量自動化篩選係統建立以後，主要課題是如何保障不斷需求的大量的篩選資源的問題。因此，發達國家的大型製藥企業(ye) 從(cong) 企業(ye) 競爭(zheng) 和自身發展的戰略利益出發，紛紛建立高通量自動化的篩選係統，同時，投以巨資通過合作或共同研究等方式，謀求獲得發展中國家的大量資源。
　　２．高靈敏度的檢測係統   該係統是為(wei) 了適應ＨＴＳ而出現的新檢測儀(yi) 器。由於(yu) ＨＴＳ在９６孔或更多孔的微板中進行實驗，樣品量小，因而要求儀(yi) 器靈敏度高，而且能夠對９６孔微板進行快速檢測。現在用於(yu) ＨＴＳ的檢測儀(yi) 器已可以進行可見光、紫外光、熒光比色，也可以進行同位素放射活性測定和生物發光、化學發光等多方麵的測定，使現有的體(ti) 外實驗方法多數可用於(yu) ＨＴＳ。

      2．1分光光度法   近年來，美、英兩(liang) 國研究人員在高通量篩選檢測中，努力進行了光學測定方法的研究，建立了大量的非同位素標記測定法，如用分光光度檢測法篩選蛋白酪氨酸激酶抑製劑、組織纖溶酶原激活劑等，均獲得成功。為(wei) 了適應高通量藥物篩選，許多公司都生產(chan) 了具備計算機接口並能對多孔板進行同時檢測的分光光度計。以Molecular Device公司的Spectra 190為(wei) 例，它采用8條光導纖維同時對8孔進行測定。測定波長以2nm為(wei) 間隔，可以在190nm一850nm間進行選擇。對未知物質，可在該範圍內(nei) 進行掃描以確定其特征吸收光譜。因此，大大增加了建立模型的多樣性。檢測數據以不同文件格式輸出，可用隨機軟件或通用數據處理軟件進行處理。方便、快速、準確、自動化程度高。分光光度法高靈敏儀(yi) 器同自動化操作係統的連接，使得基於(yu) 紫外、可見光譜的高通量藥物篩選模型成為(wei) 主要模型種類。
　　2．2 放射性檢測技術  美國學者GanieSM在高通量藥物篩選研究中，應用放射性測定法，特別是親(qin) 和閃爍（SPA）檢測方法，使在96孔板上進行的樣本量實驗得到發展。該方法靈敏度高，特異性強，促進了高通量藥物篩選的實現，但存在環境汙染問題。 
　　2．3熒光檢測技術   美國學者GiulianokA研究認為(wei) ，采用FLIPR(fluorometric imaging reader)熒光檢測法（Molecular Devices），可在短時間內(nei) 同時測定熒光或化學發光的強度和變化，對測定細胞內(nei) 鈣離子流及測定細胞內(nei) pH和細胞內(nei) 鈉離子流等，是一種非常理想的檢測方法, 目前，FLIPR已成為(wei) 業(ye) 內(nei) *的高通量藥物篩選的黑馬。現代藥物篩選的速度與(yu) 該項技術的發展和此儀(yi) 器的更新緊密相關(guan) ，是高通量藥物篩選的必需設備。 
　　2．4多功能微板檢測係統：近年來多功能酶標儀(yi) 技術取得突飛猛進的發展。其功能可涵蓋光吸收、化學發光、熒光、熒光偏正、熒光能量共振轉移和alpha screening 等方麵，在藥物篩選種得到廣泛的應用。其檢測體(ti) 係可低至幾微升樣品量，通量可擴充到1536孔板。此項技術尤以Molecular Devices公司更為(wei) 突出。Molecular Devices公司是專(zhuan) 業(ye) 的酶標儀(yi) 技術開發和生產(chan) 公司，其推出的酶標儀(yi) 型號zui全， zui經典。她的每一型號的酶標儀(yi) 推出時，均為(wei) 市場上的*台， 始終著酶標儀(yi) 的發展方向。 目前該公司正在研發下一代產(chan) 品， 將來用戶能在獲得數據的同時，也可以看得到標本的圖像。
　　３．分子、細胞水平的高特異性體(ti) 外篩選模型 指用於(yu) 檢測藥物作用的實驗方法。由於(yu) ＨＴＳ要求反應總體(ti) 積小，而且反應具有較高的特異性和敏感性，因此對於(yu) 篩選模型也要求較高，常用的篩選模型都建立在分子水平和細胞水平，觀察的是藥物與(yu) 分子靶點的相互作用，能夠直接認識藥物的基本作用機製。目前這些模型主要集中在受體(ti) 、酶、通道以及各種細胞反應方麵。近年也出現了基因水平的藥物篩選模型，使得藥物篩選模型的範圍更加廣泛，特別是各種新的篩選模型隨著生命科學基礎研究的新成就不斷應運而生，如端粒酶抑製、細胞凋亡誘導、細胞周期抑製、新生血管抑製等各種活性指標用作微生物活性成分的篩選模型。隨著病理生理機製的不斷闡明，人們(men) 更加注重基於(yu) 作用機製的篩選模型。尤其是隨著人類基因組計劃的研究進展，建立基因芯片等針對某種基因為(wei) 作用靶點的篩選模型和篩選方法也極受關(guan) 注。此外，應用細胞模型或分子水平的模型　進行化合物毒理學和藥物代謝藥動力學的研究和篩選，在ＨＴＳ中也是十分重要的內(nei) 容。通過分子細胞水平模型，進行毒理學和藥物代謝動力學的篩選，是早期評價(jia) 藥物的體(ti) 內(nei) 過程非常重要的步驟，可以減少大量的動物實驗藥物開發的前期投入。在評價(jia) 藥物藥理作用和發展前途方麵有重要意義(yi) 。
　　４．被篩樣品管理庫即樣品庫　 被篩樣品管理庫ＨＴＳ的重要特征之一是篩選樣品的數量大。對大量樣品進行篩選是發現新藥的基礎，國外進行藥物篩選的機構都已儲(chu) 備了數以萬(wan) 計的化合物，建立了相當規模的樣品庫。樣品庫的建立，不僅(jin) 需要大量化合物的儲(chu) 存，更重要的是建立合理、科學的管理係統。應用計算機進行樣品庫的管理，不僅(jin) 可以使樣品的應用程序化，而且可以對樣品進行多方麵的管理和分析，如查詢樣品、對樣品進行編號、樣品資料的查閱等。５．數據采集傳(chuan) 輸處理係統 該係統是ＨＴＳ的zui後一道程序，主要由計算機完成。由於(yu) 在ＨＴＳ中，每天可以產(chan) 生大量數據，有時數千、數萬(wan) 甚至十餘(yu) 萬(wan) 或更多，雖然這些數據可以由檢測係統自動進行采集和記錄，但對其進行分析處理仍然是艱巨的工作。數據處理係統不僅(jin) 能夠對數據進行分析處理，而且可以根據要求，輸出篩選報告。

　　5．其它輔助係統  除以上部分之外，尚有一些輔助係統配合ＨＴＳ，如計算機輔助設計、天然化合物提取方法等。用這些現代化方法進行藥物篩選，真正實現了快速、大規模和一藥多篩。另外，進行藥物篩選有關(guan) 的理論研究將提高藥物篩選的目的性和有效性，並有可能提出新的研究方向。藥物篩選的研究應包括藥物篩選、藥物發現規律和藥物作用理論研究。進行理論研究重在及時總結已經獲得的信息和資料，總結經驗，修正已有的理論內(nei) 容，建立新的藥物篩選理論，如構效關(guan) 係的普遍規律、受體(ti) 理論、酶體(ti) 理論等等。

高通量篩選在中國的應用前景

我國進行藥物高通量篩選的優(you) 勢首先是化合物來源廣泛，且多為(wei) 天然；其次是對化合物生活活性的篩選目的較明確，無目的合成的化合物較少；第三，我國傳(chuan) 統藥物為(wei) 篩選研究提供了一個(ge) 巨大的資源庫，可從(cong) 中藥中提取分離篩選新的化合物。這些優(you) 勢為(wei) 藥物的高通量篩選打下了堅實基礎。

　　我國藥物高通量篩選初顯規模藥物高通量篩選工作在我國起步較晚，且不規範。近年來，高通量活性篩選技術的引入和迅速發展，極大的推動了創新藥物的研究進程。高通量活性篩選的特點是能夠進行大量樣品的快速篩選，其基本要素包括足夠大的樣品庫和優(you) 良的藥理模型。與(yu) 高通量活性篩選相應的樣品的高通量製備和樣品庫以及新型藥理模型的建立已成為(wei) 目前創新藥物研究的焦點。隨著組合化學熱點的降溫，適合於(yu) 高通量活性篩選的天然生物資源提取物、分離部位和單體(ti) 化合物樣品庫的建立及相關(guan) 方法的研究，已成為(wei) 一些跨國製藥企業(ye) 、農(nong) 業(ye) 化學企業(ye) 與(yu) 天然產(chan) 物研究機構合作和競爭(zheng) 的焦點。中草藥是具有我國特色的創新藥物的重要源泉，由於(yu) 成分的複雜性，其提取物不宜直接用於(yu) 高靈敏、微量的高通量活性篩選。但是，如果把平行和序列組合高通量分離技術用於(yu) 中草藥樣品的分離，使複雜樣品按極性快速分離成一些成分組(或單體(ti) )，不僅(jin) 可以克服以上問題，而且能夠使提取物中的微量成分得到富集，與(yu) 高通量篩選相結合。經過高通量活性篩選得到的活性成分組(或單休)又可以與(yu) 色譜一波譜聯用技術結合，直接快速鑒定其中成分的結構或獲取有價(jia) 值的結構信息指導下一步研究。這樣使中草藥中創新藥物先導物的發現與(yu) 高通量活性篩選有機地結合，將極大地加快具有我國特色的以中草藥有效物質為(wei) 基礎的創新藥物研究步伐。

　高通量篩選技術，是目前藥物篩選領域研究的重要課題，與(yu) 傳(chuan) 統的藥物篩選方法相比有以下幾個(ge) 優(you) 點:反應體(ti) 積小；自動化；靈敏快速檢測；高度特異性。但是，高通量篩選作為(wei) 藥物篩選的方法,並不是一種的手段。首先，高通量篩選所采用的主要是分子、細胞水平的體(ti) 外實驗模型，因此任何模型都不可能充分反映藥物的全麵藥理作用；其次，用於(yu) 高通量篩選的模型是有限的和不斷發展的，要建立反映機體(ti) 全部生理機能或藥物對整個(ge) 機體(ti) 作用的理想模型，也是不現實的。但我們(men) 應該相信，任何技術的進步，都將為(wei) 科學的發展起到促進作用。隨著對高通量篩選研究的不斷深入，隨著對篩選模型的評價(jia) 標準、新的藥物作用靶點的發現以及篩選模型的新穎性和實用性的統一，高通量篩選技術必將在未來的藥物研究中發揮越來越重要的作用。