■挑戰(zhàn)篇
高科技并非完美無(wú)缺
▲艱難的高通量篩選之路
大概有10%的靶標(biāo)因?yàn)楫a(chǎn)生活性蛋白或底物,，在化驗(yàn)中的信噪比差等問(wèn)題,，或者因?yàn)檫@種化驗(yàn)不能小型化到實(shí)用而不能達(dá)到高通量藥物篩選（HTS）階段,。但是,，靶標(biāo)進(jìn)入到HTS階段后并非從此一帆風(fēng)順,。
在1995年～2001年之間,，針對(duì)收集的化合物（包括26～53萬(wàn)種化合物）,，史密斯克萊-必康公司對(duì)抗菌藥物靶標(biāo)進(jìn)行了67次HTS,。這是對(duì)單一治療領(lǐng)域篩選資源的空前集中，結(jié)果只有16次HTS獲得了采樣數(shù),，只有5次產(chǎn)生了引導(dǎo),。對(duì)于其余的采樣數(shù)，化學(xué)修飾未能產(chǎn)生符合引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的分子,。研究人員根據(jù)這次結(jié)果得出結(jié)論認(rèn)為,，雖然HTS和采樣數(shù)的化學(xué)修飾確實(shí)產(chǎn)生出新型具有強(qiáng)力抗菌活性的化合物，但是它們的細(xì)菌譜十分有限,，也就是說(shuō),，成功的可能性與大量的研究努力相比，是非常低的,。以葛蘭素史克（GSK）公司為例,，在1995年～2001年之間，他們進(jìn)行的70次HTS,，只得到5個(gè)先導(dǎo)化合物,，也就是說(shuō)，平均要進(jìn)行14次HTS才能發(fā)現(xiàn)一個(gè)先導(dǎo)化合物,。根據(jù)GSK公司的篩選方法,，抗菌HTS的成功率要比當(dāng)時(shí)其他治療領(lǐng)域的靶標(biāo)低4～5倍。當(dāng)然,，這在經(jīng)費(fèi)上是無(wú)法支持的,。
從HTS很難發(fā)現(xiàn)抗菌化合物，GSK公司并不是開展這類研究的惟一一家公司,。1999～2004年之間的資料表明,，有34家不同的公司共對(duì)60種不同的抗菌靶標(biāo)進(jìn)行了125次以上的抗菌篩選。但是在抗菌藥物產(chǎn)業(yè)鏈中,，沒有出現(xiàn)新的藥物,，由此可以明白這些篩選沒有產(chǎn)生出一個(gè)可靠的開發(fā)備選物?，F(xiàn)在知道的僅有靶向新抗菌酶（PDF）的兩種化合物已進(jìn)展到I期臨床試驗(yàn)。
據(jù)分析,，抗菌HTS成功率差的潛在原因是復(fù)雜的,。首先,，一種最終能成為抗菌藥物的化合物必須能抑制許多不同革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌的生長(zhǎng),，所有的細(xì)菌都有不同的分子靶標(biāo)，不同的膜滲透性和不同的代謝途徑,。制造這樣的化合物是一項(xiàng)重大的化學(xué)挑戰(zhàn)——革蘭氏陽(yáng)性肺炎鏈球菌和革蘭氏陰性嗜血流感桿菌在遺傳學(xué)上的共性也許比人類和草履蟲的共性還少,。此外，還要保證,，有效抑菌血藥濃度達(dá)到最高時(shí),，其副作用能被機(jī)體容忍。最后,，這種化合物必須具備一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)性和方便的定量投藥的藥理學(xué)特性,。
▲基因組學(xué)有盲點(diǎn)
除了獲得引導(dǎo)物困難以外，基因組學(xué)分析的盲點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致在研發(fā)過(guò)程出現(xiàn)其他的意外,。經(jīng)基因組學(xué)確定的靶標(biāo)僅僅在進(jìn)行了順序比較和產(chǎn)生了假定靶標(biāo)而進(jìn)行基因敲除的那些特殊菌株中得到了確認(rèn),，這會(huì)導(dǎo)致在臨床應(yīng)用中的不“實(shí)用”。例如,，MetRS被選擇為肺炎鏈球菌,，金葡菌和大腸埃希菌部菌株之間高度順序相同的靶標(biāo)。但是,，在臨床上,，同類的靶標(biāo)存在相當(dāng)大的變異。雖然MetRS抑制劑針對(duì)金葡菌和各種腸球菌的菌株作用強(qiáng),，但是MetRS抑制劑對(duì)一組肺炎鏈球菌株的最小抑菌濃度（MICs）顯示雙峰分布,。某些肺炎鏈球菌含有兩種不同的基因，其基因產(chǎn)物催化相同的tRNA氨基?；磻?yīng),，只有一種可被有效的MetRS抑制劑系列抑制。
如此以來(lái),，有成雙基因的情形則成了抗菌藥物研發(fā)致命的弱點(diǎn),。例如，作為抗菌藥物磷霉素的靶標(biāo),，UDP-N-乙酰葡萄糖胺-烯醇丙酮酰轉(zhuǎn)移酶（MurA）在藥理上得到確認(rèn),，值得進(jìn)一步探索。但是,，研究表明,，一些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌基因組實(shí)際上具有兩個(gè)murA基因,，這兩個(gè)基因都是必需的。為了殺死這種細(xì)菌,，一種化合物必須能抑制兩種Mur酶,，這一特征使得藥物更難設(shè)計(jì)或更難從篩選中發(fā)現(xiàn)。
▲全細(xì)胞抗菌篩選成功率低
缺乏有效的引導(dǎo),，加上將缺乏全細(xì)胞活性的化合物轉(zhuǎn)換成具有這種活性的困難,，使得研究人員也是進(jìn)行“憑經(jīng)驗(yàn)”（不是根據(jù)靶標(biāo)）的全細(xì)胞抗菌藥物篩選。
像各個(gè)抗菌靶標(biāo)的生物化學(xué)篩選一樣,，全細(xì)胞抗菌篩選的成功率是令人失望的,。通過(guò)大量的令人厭煩的化合物的資料來(lái)定義抗菌活性是否非特異性機(jī)制還是特異性靶標(biāo)的結(jié)果，是人們難以承受的,。
■機(jī)遇篇
基因組學(xué)時(shí)代帶來(lái)新希望
在20世紀(jì)90年代中期以前,，人們對(duì)于開發(fā)效果高于β內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類或喹諾酮類的抗菌藥物并不是很熱心,。但是,，到了1995年，流感嗜血桿菌細(xì)菌基因組完全DNA順序的確定改變了一切——期望探尋數(shù)以百計(jì)的新基因作為可能的靶標(biāo)激起了人們對(duì)抗菌藥物研發(fā)的新興趣,。
一些大的制藥公司又返回到了抗菌藥物時(shí)代,，利用源于基因組的，基于靶標(biāo)的途徑來(lái)搜尋作用模式不同的新型藥物,。例如,，利用基因組學(xué)途徑，葛蘭素史克（GSK）公司花了7年時(shí)間評(píng)價(jià)了300多個(gè)基因作為新型抗菌藥物靶標(biāo)的潛力,，顯示160多個(gè)基因是重要的,；對(duì)各個(gè)靶標(biāo)共進(jìn)行了70次的高通量篩選（HTS）。而這些方法與目前的合成化學(xué)物方式截然不同——目前臨床試驗(yàn)中化合物主要由已經(jīng)發(fā)生耐藥機(jī)制的化學(xué)類的衍生物組成,。新的衍生物可以暫時(shí)提高療效,，但是因?yàn)榛镜哪退帣C(jī)制，不管是基于靶標(biāo),，流出系統(tǒng)或酶調(diào)節(jié),，仍然存在，這些藥物幾乎沒有能力來(lái)對(duì)抗按小時(shí)進(jìn)化的細(xì)菌,。
大多數(shù)抗菌藥物抑制的細(xì)胞靶標(biāo)都不多,。例如，喹諾酮類藥物阻滯DNA旋轉(zhuǎn)酶（和拓?fù)洚悩?gòu)酶IV）,；大環(huán)內(nèi)酯類,，四環(huán)素和氨基糖苷類抗菌藥物則抑制核糖體功能；β內(nèi)酰胺類則阻斷細(xì)胞壁的生物合成。這些抗菌藥物是通過(guò)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的,，與它們抑制的靶標(biāo)相對(duì),。雖然通過(guò)結(jié)構(gòu)改變，是增加藥物種類的首選方法,，但是不能從根本上改變它們與靶標(biāo)相互作用,。
基因組學(xué)信息則為繼續(xù)探索已知的但開發(fā)不足的靶標(biāo)提供了條件。例如,，種屬不同而相關(guān)的革蘭氏陰性（流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌）和革蘭氏陽(yáng)性（肺炎鏈球菌,，金葡菌和糞腸球菌）致病菌基因組DNA順序的比較，顯示基因是高度保存的,。它們的這種特性提示,，細(xì)菌的存活需要規(guī)范的功能，而不僅僅是因?yàn)榉N類特殊的作用,，而基因組學(xué)為揭示這個(gè)規(guī)范提供了可能。所以有人認(rèn)為,，基因組學(xué)時(shí)代的來(lái)臨使抗菌藥物研發(fā)進(jìn)入了一個(gè)充滿希望的新時(shí)代,。
■策略篇
改變研究途徑
由于HTS的結(jié)果常常令人失望，無(wú)論是科學(xué)上,，還是經(jīng)濟(jì)上,，要簡(jiǎn)單地保持篩選更多的靶標(biāo)是不太可能的。先導(dǎo)化合物最優(yōu)化階段的經(jīng)驗(yàn)表明,，從單一計(jì)劃到產(chǎn)生高質(zhì)量的廣譜抗菌藥物研發(fā)備選物需要付出巨大而長(zhǎng)期的努力,。因此，抗菌藥物的研發(fā)策略需要變化,。
▲研究重點(diǎn)后移
早在幾年前,，GSK公司就著手改變其抗菌藥物的研究策略，以應(yīng)對(duì)這些關(guān)鍵性的挑戰(zhàn),。他們把工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了精選出來(lái)的后期先導(dǎo)物研究計(jì)劃,，決定繼續(xù)從事僅限于靶標(biāo)選擇的廣譜抗菌藥物。為了使后期計(jì)劃能夠達(dá)到生物學(xué)和化學(xué)資源的最優(yōu)化,，所有處于“HTS到先導(dǎo)物”階段的早期計(jì)劃都被終止,，針對(duì)抗菌藥物治療領(lǐng)域的HTS則暫時(shí)停止。
他們首先重新考慮了已知的抗菌分子,，以研究是否可以改進(jìn)其抗菌和可發(fā)展的特性,。按照此思路，研究人員已經(jīng)以不同的方式改變了截短側(cè)耳素的核心結(jié)構(gòu),，產(chǎn)生的3種衍生物目前已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn),。研究還使用了引導(dǎo)物分子的老式方法：對(duì)小型的不連續(xù)的化合物庫(kù)進(jìn)行抗菌活性的篩選。研究發(fā)現(xiàn)了一類能抑制細(xì)菌DNA復(fù)制的新型化合物，其中一些也已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)階段,。
迄今為止,，GSK公司采用這種策略已經(jīng)產(chǎn)生了6個(gè)備選物，現(xiàn)在正處于進(jìn)一步研究中?，F(xiàn)在雖然還不能斷言成功,，但是以研發(fā)備選藥物的數(shù)量來(lái)衡量，在過(guò)去4年的研發(fā)能力要比過(guò)去20年還要大,。
與此同時(shí),，他們的研究并沒有完全放棄抗菌藥物研發(fā)的早期部分?；衔锏氖占呀?jīng)充分得到擴(kuò)展,，并且在質(zhì)量上得到提高，因?yàn)橐呀?jīng)完成了基于基因組的篩選工作,，而且,，研究人員正試圖創(chuàng)建更適合抗菌藥物靶標(biāo)的分子庫(kù)。
▲關(guān)注簡(jiǎn)單而優(yōu)秀的靶標(biāo)
許多經(jīng)驗(yàn)都證明,，針對(duì)孤立細(xì)菌靶標(biāo)的化合物合成庫(kù)的篩選,，不足以產(chǎn)生新的抗菌藥物先導(dǎo)化合物。
除非有大量的合成化學(xué)研究,，能將良好的酶抑制劑轉(zhuǎn)換成可滲透的抗菌藥物,，否則篩選細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)靶標(biāo)——尤其是獨(dú)立的酶——則注定是要令人失望。一般來(lái)說(shuō),，細(xì)胞外的靶標(biāo)總是引人注目的,，尤其是對(duì)于生化篩選，因?yàn)椴恍枰┻^(guò)細(xì)胞壁,。
設(shè)計(jì)HTS化驗(yàn)來(lái)用于現(xiàn)代大規(guī)模自動(dòng)化篩選往往包括折衷的方法,，例如采用非自然的底物或人工反應(yīng)環(huán)境。此外,，通過(guò)HTS獲取這種酶的本質(zhì)功能的充分試驗(yàn)可能缺乏,。這些問(wèn)題對(duì)于一個(gè)新靶標(biāo)也許更是一個(gè)問(wèn)題。
某些靶標(biāo)易控制,，也容易出成果,，例如核糖體和促旋酶具有多種類型已發(fā)表的先導(dǎo)化合物和上市藥物，而另一些基本的基因產(chǎn)品現(xiàn)在還沒有找到抑制劑,。針對(duì)易控制的靶標(biāo),，例如DNA復(fù)制，核糖體和細(xì)胞壁生物合成過(guò)程的研發(fā)新策略是更合理的策略,。專家認(rèn)為,，關(guān)注這些簡(jiǎn)單而優(yōu)秀的靶標(biāo)要比關(guān)注一個(gè)新的靶標(biāo)更好,。
▲加強(qiáng)自然產(chǎn)物的篩選
在搜索一種新靶標(biāo)時(shí)，可供篩選化學(xué)物的差異性是一個(gè)極其重要的因素,。大多數(shù)大型制藥公司的收集化學(xué)品是為進(jìn)行篩選抗菌藥物之用,。但是，抗菌藥物之樹上低垂的果實(shí)可能已經(jīng)被摘走,。由于采用相似的化學(xué)合成方法和從相同的供應(yīng)商獲得化合物,。不同公司的合成篩選收集可能有很多重疊，因此,，需要有化合物的新來(lái)源,。
幸運(yùn)的是，奇異的生物體正在不斷地從各種各樣極端的生物環(huán)境中分離出來(lái),，同時(shí)攜帶著它們自身的化學(xué)防御機(jī)制,。這些自然發(fā)生的生物體，與采用組合遺傳學(xué)和可供應(yīng)用的新異代謝途徑產(chǎn)生的重組生物體一起,，也許能釋放大量的新化合物,。所以，應(yīng)大力提倡自然產(chǎn)物的篩選,，以搜索新的抗菌化合物,。
