细胞分子生物学技术在靶向药物筛选中的应用
作者:刘陆军药学1101班学号:201109157026
摘要:随着细胞及分子生物学的发展 ,新技术方法越来越多地用于新靶点建立和药物筛选研究 ,为药物设计、靶点的选择和用药方案的确定提供理论依据 ,同时使药物筛选有了更高的特异性,对药物筛选和药理学研究起到了极大的促进作用。

本文主要论述了基因克隆技术、生物芯片、流式细胞技术在靶向药物筛选中的应用。

关键词: 生物技术药物筛选分子药理学基因克隆生物芯片流式细胞正文：
随着生物技术的迅速发展 ,细胞及分子生物学技术越来越多地用于新靶点建立和药理学研究 ,直接用靶点作为筛选对象 ,寻找与其相互作用的药物 ,对药物筛选和药理学研究起到了极大的促进作用。

分子药理学研究的基本理论是受体学说 ,受体的本质是蛋白质 ,对于受体的研究可以阐明药物、激素及神经递质的作用原理和生物信号转导机制 ,为药物设计、靶点的选择和用药方案的确定提供理论依据。

细胞及分子生物学方法能在基因水平上研究受体生理调节和病理变化的分子机制、受体病的分子基础以及细胞内受体与 DNA 相互作用的机制等。

以下主要从基因克隆技术、生物芯片、流式细胞术三方面论述其在靶向药物筛选中的应用。

一、基因克隆技术在确定药物靶点中的应用
1、高通量筛选和高内涵筛选在药物靶基因功能研究中的应用。

高通量筛选 ( high throughput screening, HTS) 是药物开发的强有力工具。

目前 HTS 广泛应用于发现作用药靶的活性化合物 ,评价先导化合物的选择性、毒性等多个药物开发阶段 ,并在先导化合物的优化等过程中起着重要作用。

高通量细胞筛选技术
( highthroughput cell based screening technology) 是以高通量方式研究基因功能最有效的方法之一。

除与细胞表型或形态学相关的检测指标外 ,细胞信号转导通路、糖代谢、能量产生和代谢产物分析 (metabolic con2trol analysis) 等代谢通路也是基因功能重要的研究内容。

结合抗体芯片技术、多路测定技术 (multip le2 xing) 等的检测方法和荧光成像读板仪 ( fluorescence im age p late reader , FL IPR ) 、定量 PCR、高通量荧光激活细胞分类器 ( HT2FACS) 等检测方法和技术的不断发展和应用 ,灵敏度和重现性这两个高通量细胞筛选的关键问题逐步得以解决。

高内涵筛选 ( high content screening, HCS ) 是通过显微成像法记录多孔板内的细胞图像 ,并分析图像中的信息来筛选药物的技术。

HCS是一种基于细胞层面的、多元的药物筛选方法 ,它主要依赖于高分辨率的细胞成像系统 ,充分整合样品制备技术、自动化设备、数据管理系统 ,检测试剂 ,生物信息学等资源的综合优势 ,在细胞或分子水平上实现
对候选物的多元化、快速化和规模化筛选。

在保持细胞结构和功能完整的条件下 ,尽可能同时检测被筛选样品对细胞长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号转导等多个环节的影响 ,涉及的靶点包括细胞的膜受体、胞内成分、细胞器和离子通道等 ,即从单一实验中获得大量与候选物药理学活性相关的信息及其潜在的毒性作用。

2、转基因技术在药物作用靶点研究中的应用
转基因技术通常包括基因敲入 ( knockin ) 和基因敲除 ( knockout) 两种方式 ,其显著特点是分子及细胞水平操作 ,组织及动物整体水平表达。

转基因技术的出现为体内研究药物对机体整体的作用提供了很好的技术手段 ,在药物发现过程中起重要作用。

真核细胞的基因转染 ( gene transfer) 技术是研究基因功能的有效手段之一。

动物的正常生理依赖于体内不同类型细胞间的相互作用 ,后者通过细胞通讯和信号转导实现由于一个基因功能的实现不仅会对细胞和整体产生作用 ,同时也会受到来自细胞内外的调控 ,因此 ,在正常或病理状态下的整体动物中进行基因功能的评价和研究更为有效。

二、生物芯片在药物靶标筛选等研究的应用
1、基因芯片在靶向药物筛选中的应用
基因芯片在基因水平上寻找药物作用的靶标根据芯片上固定的探针不同 ,生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、芯片实验室等。

另外根据原理还有组件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。

基因芯片在用来研究药物的作用机理时 ,由于药物与细胞 ,特别是敏感细胞相互作用 ,将引起细胞外部形态及内部正常代谢过程的一系列变化 ,所以 ,通过测定分析药物对细胞的基因表达的影响 ,可推测药物的作用机制 ,评价药物活性及毒性 ,进而确证药物靶点或者发现新的药物靶点。

通过 DNA 芯片测定药物诱导的细胞基因表达变化来进行药物筛选与研究 ,对那些用常规方法很难追踪监测的药物或需要很长时间才能得到药物临床实验结果时 ,显得尤为有用。

2、蛋白质芯片在靶蛋白药物中的应用。

蛋白质芯片能同时分析上千种蛋白质与生物分子的作用情况 (酶 /底物、抗体 /抗原、配体 /受体、蛋白质 /核酸或小分子 ) ,在药物和蛋白质之间架起了一座桥梁。

蛋白质芯片突破了酵母双杂交系统技术的局限性 ,通过两类基本蛋白质芯片研究技术—蛋白质功能芯片和蛋白质检测芯片 ,对蛋白质进行直接体外研究。

随着蛋白质芯片技术的起 ,很多实验室为方便 GPCR的研究 ,纷纷尝试将这种膜受体固定于玻璃片基或金薄层表面上 ,或将 GPCR 定向地以生物素固定于载体上 ,利用 SPR 技术直接检测 G蛋白的活性 ,药物检测通常采用分析化学手段 ,利用核磁共振仪、高效液相和质谱仪等高精度设备对微量样品进行结构及定量分析。

三、流式细胞术在新药筛选研究中的应用
流式细胞术 ( flowcytometer, FCM )是一种对细胞、细胞器和生物大分子进行快速多参量分析的细胞定量分析技术 ,可以测量细胞荧光染色强度 ,定量测定细胞和亚细胞成
分。

近年来 ,多种单抗和荧光探针的开发 ,为流式细胞术的应用提供了更为有利的条件 ,特别是以荧光素标记的细胞标志分子 ,包括细胞表面CD分子 ,受体及其配基 ,离子及细胞内成分 )经荧光探测器测定荧光后进行的定量分析 ,在免疫学、血液学、肿瘤学、床检验学和基础科学如细胞凋亡、细胞抗药性、癌和抗癌基因、钙离子测量、细胞分选等及防治艾滋病研究方面都有成熟的应用。

式细胞术在滥用药物引起的细胞凋亡研究中也常应用。

在当代药物开发过程中发现和选择合适的药物靶点是药物开的第一步 ,也是药物筛选及药物定向合成的关键因素之一。

细胞工程技术、分子生物学及基因克隆技术、生物芯片、免疫技术、流式细胞技术等已广泛应用于靶向药物筛选和药理学研究 ,为药物设计、靶点的选择和用药方案的确定提供理论依据 ,同时使药物筛选有了更高的特异性 ,为分子药理学和受体学说的完善和发展起到了推动作用。

参考文献：
1、蔡文琴主编《现代实用细胞与分子生物学实验技术》北京人民军医出版社
2、郑俊华.DNA分子遗传标记技术在生药学研究中的应用生药学
3、张景海主编《药学分子生物学》人民卫生出版社
4、李德良，基因芯片技术在药物研究中的应用 30卷第1期
5、程跃，银路，李天柱. 中国生物技术只要产业创新性现状可视化研究。