对化学生物学的一点认识药学院一班牟海栋１０１０３０７１１５摘要：19世纪70年代，恩格斯根据当时自然科学发展所显示的突破原有学科界限的新趋势，在分析各种物质运动形态相互转化的基础上指出，原有学科的邻接领域将是新学科的生长点。
此后在物理学、化学、生物学、地质学、天文学等原有基础学科相互交界的领域产生出了一系列的边缘学科，例如，生物化学、生物物理的研究使我们对生命过程和本质及遗传机制认识得更加清楚了。
边缘学科的不断产生表明了当代科学发展的整体化趋势。
20世纪40年代以来，科学的不断分化也可以看作是科学发展综合化的一种表现形式，不断出现的边缘学科正日益消除各种传统的学科界在众多的自然学科中化学是一门“中心、实用、创新”的学科。
化学学科的特点是与其他学科的相互交叉和相互渗透。
化学的语言是诸多自然学科的共同语言。
化学赖以取得成功的基本科学原理如“结构”和“反应性”等正为各种前沿科学如生命科学和材料科学分享。
80年代中后期以来, 随着各国政府和科学界对生命科学、材料科学和生物技术等研究领域的日益重视, 一大批边缘学科得以蓬勃发展, 化学生物学(ChemicalBiology) 就是其中之一。
关键词：化学生物学交叉学科领域小分子调控分子生物学正文：化学生物学是90年代后期才发展起来的前沿学科，它是利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的科学。
化学生物学研究一般都是从对生物体的生理或病理过程具有调控作用的小分子生物活性物质开始，研究其结构，发现其在生物体中的靶分子，研究这些物质与生物体靶分子的相互作用，进一步采用化学方法改造其结构，创制具有某种特异性质的新颖生物活性物质，探讨其结构与活性关系和作用机制，阐明生理或病理过程的发生、发展与调控机制，揭示生命过程的秘密，并进一步从中发展出新的诊断与治疗方法或药物。
它结合传统的天然产物化学、生物有机化学、生物无机化学、生物化学、药物化学、晶体化学、波谱学和计算机化学等学科的部分研究方法，从而大大拓宽了研究领域。
化学生物学的研究范畴大体可以分为两个方面: 一是通过对生物机制，特别是对人类疾病发病机制的理解和操控，为医学研究提供严格的证据并使之发展成为有前景的诊断和治疗方法; 二是通过分离的和微型化的模拟手段，理解和探索生物医学科学中的一些特殊现象。
前者比较注重应用前景，而后者对基础研究的贡献极为重要。
化学生物学研究的典型例子有Harvard大学化学与化学生物学系Staurt Schreiber 教授的化学遗传学研究。
UC Berkeley 化学系的Peter Schultz教授(现为Scripp s Research Institute 基因组研究所新任所长) 的催化抗体(catalyticantibody) 研究。
CalTec化学与化学工程系的Jacqueline Barton教授的双螺旋DNA中碱基间的电子传递研究。
MIT化学系Julia Rebek 教授(现在Scripps 研究所) 的分子组装。
瑞士ETH化学系AEschenmoser教授的化学病原学(chemicaleiology) 等。
这些研究的特点都是选择生物医学中的特定对象，采用化学的方法和手段来实现目的，代表当代化学研究的学科前沿。
实践证明，这一学科能够完成许多传统单一学科不能完成的课题，不但具有化学学科的严格性, 而且具有独特的优越性。
90 年代中期以来化学制药业的繁荣和新颖小分子化学药物的产业化速度的大幅度提高, 无不直接或间接得益于这一新的边缘学科的发展。
20 世纪90 年代以来，随着分子生物学技术的成熟和普及，对基因的生物学功能的了解愈显重要和迫切，基因的表达产物和体内功能的执行者——“蛋白质”的研究因而也日益成为生物学研究的关键。
建立在遗传学基础上的基因敲除(knockout) 技术是目前揭示蛋白质在生物体内功能的最有效手段。
但该手段也存在一些局限性：例如，基因敲除对构型的必需功能基因通常无能为力，应用于基因组复杂的高等动物难度很大；而且，由于体内相关基因的功能补偿机制，使得非必需基因的基因敲除结果有时较难解释。
与此同时，基于靶蛋白质结构的合理药物设计的发展，迫切需要知道更多潜在的药靶蛋白的功能信息。
在这两种因素的推动下，化学和生物学逐渐交叉形成了一门现在称为“化学生物学(chemical biology) ”的新边缘学科。
化学生物学, 主要通过化学小分子对生物体功能靶蛋白的特异性调控,，来研究活性小分子与体内靶蛋白的化学相互作用及其对生物体表型(phenotype) 的影响，以利用化学小分子探测生物体功能，并在此基础上发现和优化具有重要生理病理调控作用的小分子药物。
也就是说，化学生物学诞生以来, 在生物医学和新药创制中发挥了重要的作用。
在生物学日新月异发展的同时，化学学科经历了几个世纪的发展也逐渐趋向成熟。
高效分离技术的出现，各种仪器分析特别是波谱技术的发展和应用，大大增强了操控和处理复杂结构问题的能力；随着近代有机合成，特别是选择性合成和手性合成技术的发展，今天人们已能合成自然界发现和鉴定的任何复杂天然化合物，并且在此基础上能够设计和合成具有特性能的新颖化合物；总之,，化学已具备了研究复杂分子和分子体系的能力。
分子生物学研究中探讨的有关基因表达和细胞发育和分化的调控的分子机制，以及阐明生物分子间相互识别、相互作用和信号转导的基本化学原理等一系列重大科学问题对化学学科提出了有力的挑战；同时，生物科学中基因工程、蛋白质工程、细胞工程等生物技术领域发展新的概念和新的技术为化学如何进一步介入生命科学，与生物科学更紧密地交叉与融合提供了新的机遇。
化学家尝试用外源性活性小分子——天然化合物，或以天然化合物为模板设计合成而创制的天然化合物类的新颖分子作为探针，去探讨生物体中的分子间相互作用和细胞发育与分化的调控作用及其所包含的分子机制。
在这方面化学家将充分发挥他们在结构和反应性，以及利用反应性创制(合成) 新物质的能力。
与此同时，化学家也将学习更多的生物学知识，去熟悉和运用基因表达和蛋白质工程等重要生物技术为研究复杂的超分子体系提供的机会，从而促进化学学科本身的发展。
那么化学生物学的科学内涵是什么呢? 它与生物化学, 分子生物学的区别是什么? 目前化学生物学的情况与当初分子生物学出现时的情况有些类似。
正如Chemistry &Ｂiology 两位主编在该刊物的1998的新年刊头词中指出的那样：化学生物学已变成一个非常流行的名词,，各种人，包括有机化学家、生化学家、分子生物学家和细胞生物学家都在讨论它，化学生物学仍然是一个新的、定义不太明确的领域，化学生物学这个名词对于不同的人有不同的含义。
我们认为，当前是否可以有两种理解：一种是广义的理解，化学生物学是利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的科学。
这种理解与生物化学和分子生物学的含义有较大的重叠，它强调的是化学与生物学的交叉与融合。
这种看法反映在一些重要学术刊物上。
例如有人谈到化学生物学的内涵时指出：化学生物学应涵盖生物有机化学和生物无机化学两个方面，并且与近代酶学及药物化学有相当的重叠；它也应该从结构生物学、分子生物学和细胞生物学得益。
Lehn和Fersht教授在新刊致词中指出:“化学生物学正迅速成为一个重要的交叉学科领域，化学的手段和方法被用于研究生物和医药问题；而运用分子生物学的手段解决化学问题也是这一领域的重要方面”。
同时他们强调，化学生物学的中心是采用化学手段研究生物学问题。
另一方面, 化学生物学可以看作是一个特定的学科领域，与分子生物学, 生物化学之间存在着差别。
因此, 准确地对化学生物学进行定义是非常重要的。
Schreiber 等人指出:“化学生物学是对分子生物学的有力补充，分子生物学采用定点突变的方法来改变生物分子如蛋白质和核酸的功能；而化学生物学是采用化学的手段，如运用小分子或人工设计合成的分子作为配体来直接改变生物分子的功能”。
他们认为这是化学生物学这一领域的“核心”。
Schreiber 等曾经多次阐述过化学生物学的核心是“采用化学的手段, 如运用小分子或人工设计合成的分子作为配体来直接改变生物分子功能”的观点，例如他在介绍化学遗传学时指出，“天然产物和天然产物类化合物被用于理解和控制蛋白质的生理功能”，并强调“是采用生物学家不熟悉的手段解决这些问题”。
这种观点也许可以看作是化学生物学的“核心法则”。
一些生物学家也有类似的观点。
例如生物学家Danison 在“基于小分子的基因表达调控策略”一文中指出：化学生物学的中心任务是采用小分子达到对生物通路的调控。
化学生物学作为一个前沿学科领域，在国际上发展还是近几年的事。
一个显著的标志是美国哈佛大学化学系目前已更名为化学生物学系，而本院也成立专门的化学生物学系以推动此领域的研究。
如果我们急起直追,，完全有可能在不远的将来赶上国际先进水平。
与中医中药研究紧密地结合是我国发展化学生物学的特色，也是我们的优势。
祖国医药遗产具有数千年的历史，是亿万人实践的总结，有完整的中医中药理论指导，无疑这些都是十分有利的发展条件。
能否取得成果的关键是要不只停留在天然产物化学的研究范畴要，努力向生物学领域拓展，勇于发现生物活性分子在生物体内的靶位点，运用化学的基本理论和方法研究小分子与大分子相互作用的原理，探讨生物体系中分子识别和信息传递的机制。
这是我国这一领域发展中亟待解决的问题，还有待于我国化学家的努力进取。
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