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的病毒，１０００多种细菌和１００多种真菌的基因组完成测序。以中国深圳华大基因研究院为 核心的“协作组”实施的为期三年的“万种微生物基因组计划”，使更多的微生物基因组学及功 能基因组学数据面世。与此同时，蛋白基因组学研究正在兴起，２００２．２００５年我国科学家领 衔的“人类肝脏蛋白组学计划”，鉴定和发现了一大批有重要功能的蛋白质，构建了大规模的 蛋白质数据库；系统测定了一部分人类重大疾病相关的蛋白质结构；全面系统地解析出１０８ 个独立蛋白质三维结构，发现了一批潜在的药物作用靶标。 抗感染药物是微生物药物的重要组成部分，创新药物的原始创新在于药物靶标的发现与 确认。十一五期间，国家创新微生物药物高效筛选平台重点开展了病毒感染宿主细胞辅助蛋 白及宿主限制蛋白作为抗病毒药物新靶标的确认研究，和利用反义ＲＮＡ系统研究模式分支 杆菌必需基因研究，以及针对细胞壁胞壁酸合成关键酶，核糖体５０Ｓ复合蛋白关键蛋白相 互作用的新型抗结核杆菌药物靶标发现与确认研究，部分研究结果已经刊登在国外抗感染药 物的权威杂志上，取得了历史性的突破。 作为病原微生物来讲，功能基因组研究成果为微生物必需基因和致病基因的确定提供了 前提。对于一般的病毒来讲，其整个基因组可以编码１０个左右的蛋白基因，其中有４＿６个 功能蛋白可作为药物靶标，如再加上特定病毒的细胞辅助蛋白，可有ｌＯ个以上的药物靶标。 对于细菌来讲，其基因组要远远大于病毒，一般其基因组大多在２－６ Ｍｂ之间，其编码的蛋 白基因在数千个（如已知结核杆菌Ｈ３７Ｒｖ基因组包含３９２４个编码蛋白基因），其微生物特 有的必需基因可能数以百计，这些必需基因如果和真核相应的基因同源性小，可以被认作为 抗微生物药物的潜在药物靶标。真菌的基因组在２．５．８１．５Ｍｂ，作为真核生物，其许多蛋白是 保守的，在生物的进化中被保留下来；另一些蛋白在进化中被放弃了并代之以新的蛋白基因。 通过与人类功能基因的比较，找出真菌的必需的，同时与人类基因有较大差异的蛋白基因， 有可能锁定抗真菌药物靶标，特别是几个致病性真菌的基因组已经被完全测序，这样与人类 不存在同源性且为真菌生长所必需的基因的预测成为可能。 但是，直接利用病原微生物基因组学及蛋白组学的相关方法来进行抗感染药物的筛选与 发现的实践进展并不顺利，主要由于针对靶蛋白的筛选，虽然往往能从大的化合物库中筛选 到特定的具有体外活性化合物，但常常由于化合物不易透过细菌细胞壁膜而进入细菌细胞内 而不能显示真正的抗菌活性；另外，除了基因组从根本上影响微生物的生存以外，还有环境 的诱导及表观遗传因素等共同影响微生物的生存。因此针对特定的靶标并结合利用模式微生 物及临床微生物进行新型抗感染药物的筛选，往往才能获得真正有优良抗菌活性的先导化合 物和药物候选物。另外，细菌的耐药机制现在已经基本趋于解析清楚，针对耐药机制的药物 设计也是获得有效抗感染药物尤其是抗耐药菌及抗耐药病毒药物的捷径。近年来，人们发现 细菌群落的细菌之间的通讯及细菌被膜可能是抗细菌药物的优良靶标。 我们创新微生物药物筛选平台通过对原核生物基因组学及蛋白组学得结构特点进行分 析，认识到原核生物的相关功能蛋白的基因往往是成簇存在，而有些大的功能蛋白如核糖体
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往往由多个功能蛋白或功能蛋白亚单位形成真正行使完整有序的复合蛋白而发挥作用的，这 其中必有蛋白质的相互协调两完成一个复杂的功能，因此，蛋白质的相互作用也可以作为药 物的靶标。基于这样的概念，我们在新型抗结核药物靶标的研究中取得了一些可喜的进展。 总之，创新微生物药物的发现应当综合利用微生物资源和病原微生物基因组学及功能基 因组学的研究成果，同时重视病原微生物的生理特点以及耐药机制的研究，通过理性的高效 药物筛选及药物设计等手段，有可能提高创新微生物药物及抗感染药物发现的效率。我国创 新微生物药物的发现正注重这些策略进行实践，有理由相信，随着我们工作的推进，新的创 新微生物药物的春天即将到来１
创新微生物药物筛选及抗感染药物新靶标研究
中国医学科学院医药生物技术研究所司书毅，蒋建东
２０１１年１０月３１目
进入二十～世纪以来，随着生命科学的发展与现代新药研发技术的日益成熟，新药审批 的标准不断提高，创新药物的成功率并没有随着科技进步和高额投入而增加，每年高质量新 化学实体数呈上下徘徊趋势。提高新药发现阶段的命中率成了非常关键的第～步。 迄今为止，微生物产物中已阐明结构的化合物只有２００００多个，而其中１００多种成为Ｉ脑 床药物的品种，无疑是所有化合物成药率最高的类别。在２０世纪八、九十年代期间，利用 微生物发酵产物粗提取品进行药物筛选，由于重复性较差，活性成分纯化的难度大，限制了 创新微生物药物发现的速度和成功率。近２０年来国际上大的制药公司也一度倾向于利用组 合化学制各的大规模化合物库进行新型抗感染及相关活性药物的高通量筛选，虽然筛选效率 大大提高，但得势不得利，其获得新的化学实体的数量并没有显著提高，而且随着新药标准 的提高，新的化学实体反而曾～度呈下降趋势。由此，天然产物作为创新药物的筛选资源再 次受重视。而微生物次级代谢产物相较于动植物次级代谢产物来讲，具有更易开发利用，不 破坏生态环境。可通过发酵大量获得，易于采用生物技术等优点。 我国是世界上生物多样性最丰富的国家之一，天然药物在我国占有重要的地位。尤其是 进入新世纪以来，我国政府极其重视对我国微生物资源开展创新药物的发现研究。科技部在 九五期间资助支持国内筹建了两个国家新药（微生物）新药筛选实验室，十五、十一五期闻 又以筛选平台的形式资助支持创新微生物药物的高效筛选。十年来，我国微生物药物的筛选 规模和技术有了长足的进步。在药物筛选微生物资源方面已经形成了１４多万株的微生物药 物筛选用菌株库，和２２万微生物发酵液提取品库，并逐步加大微生物馏分样品所占比重， 尤其是在微生物产物纯品的分离与结构鉴别方面，取得了可喜的进步，近年来累计获得的微 生物产物纯品已达１２００多种。新建高通量微生物药物筛选模型已达到１６０种，年筛选量己 由十五期间的２０万样次，发展到十一五期间的１００多万样次，通过大量的规模化的筛选， 已经获得一批药物先导化合物和药物候选物，有些已经进入临床前研究阶段。就微生物药物 的筛选规模和水平来讲，我国的创新微生物药物筛选已达到国际先进水平。 随着人类基因组学的研究和微生物基因组学研究的深入，近期有５０００个功能基因或蛋 白被认为是潜在的药物靶标，是２０世纪末已经确定的药物靶点的１０倍以上，这为微生物新 药的筛选与发现奠定了更广阔的基础，但由于真正的药物靶标需要有可靠的有效药物的验 证，因此这些潜在的药物靶标被确认为真正的药物靶标还需要新药研发的实践来证明。 微生物药物特别是抗感染药物的药物靶标又更多地与药用微生物及病原微生物的基因 组学及功能基因组学研究的进展相关。据不完全统计，迄今，世界范围内已有２５物新靶标研究
作者： 作者单位： 司书毅， 蒋建东 中国医学科学院医药生物技术研究所
引用本文格式：司书毅.蒋建东 创新微生物药物筛选及抗感染药物新靶标研究[会议论文] 2011