2000年6月26日，人類基因組計(jì)劃的科學(xué)家公布了人類基因組工作草圖,，預(yù)示著生命科學(xué)研究開(kāi)始進(jìn)入后基因組（post-genomic）研究時(shí)代。如何在新形勢(shì)下開(kāi)展藥理學(xué)研究,？這是我們面臨的巨大挑戰(zhàn),，也是藥理學(xué)研究發(fā)展的機(jī)會(huì)。

隨著基因組的闡明,，今后的藥理學(xué)研究將建立在一個(gè)新的基礎(chǔ)上,，即闡明基因組功能的同時(shí)，闡明藥物作用的靶基因,，并且從靶基因或靶分子出發(fā),，發(fā)現(xiàn)新的治療藥物。隨之而來(lái),，研究技術(shù)上必須適應(yīng)龐大繁雜的基因組功能的特點(diǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)提出藥理基因組學(xué)（pharmacogenomics）的新學(xué)科名稱，預(yù)計(jì)這個(gè)新研究領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U(kuò)大,，并滲透到藥理學(xué)各個(gè)分支,。

（一）一般概念

1、后基因組學(xué)（post-genome science）概貌    在分子,、細(xì)胞,、組織、個(gè)體水平上,，重點(diǎn)研究基因的功能,，即功能基因組學(xué)（functional genomics），其研究概貌如下：

研究對(duì)象：

專    業(yè)：

研究?jī)?nèi)容：

 
 DNA

Genome

基因多樣性

單核苷酸多

態(tài)性(SNP)
 «?

 
 mRNA

Transcriptome

基因表達(dá)

mRNA表達(dá)

 
 ®

 
 Protein

Proteome

基因功能

蛋白表達(dá),；分子功能,；

轉(zhuǎn)錄后修飾
 

2、藥理基因組學(xué)（pharmacogenomics）研究?jī)?nèi)容    藥理基因組學(xué)將在基因組范圍內(nèi)展開(kāi)藥理學(xué)研究,，與其它學(xué)科交叉融合的重要性更趨明顯,，并且與治療藥物研制緊密相關(guān),。藥理基因組學(xué)將研究?jī)?nèi)容與基因及其功能相聯(lián)系，與以往單一研究對(duì)象為主的方式相比,，研究范圍擴(kuò)大到整個(gè)相關(guān)的基因組,，也就是從“點(diǎn)”到“面”，或從閱讀“單詞”到閱讀“句子”的轉(zhuǎn)折,，因此,，視野更加開(kāi)闊，研究深度加大,。研究?jī)?nèi)容包括：

（1）疾病靶基因的確定（target identification）：采用cDNA,、蛋白等微矩陣高通量方法，篩選有關(guān)疾病的相關(guān)基因,。這是一個(gè)艱苦的工作,，也是一個(gè)研究的限速步驟。藥理學(xué)家正在與其它學(xué)科的科學(xué)家共同探索,。

（2）靶基因的實(shí)用化（target validation）：疾病基因確定后,，需要將其制備成能供簡(jiǎn)便、快速,、客觀,、定量研究的形式，如制備轉(zhuǎn)基因細(xì)胞株或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,，導(dǎo)入便于識(shí)別的報(bào)告基因等,。

（3）先導(dǎo)化合物的確定（lead identification）：根據(jù)靶分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)特點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)藥物分子,，并進(jìn)行高通量篩選,；或從現(xiàn)有的化合物庫(kù)中高通量篩選作用于靶分子的先導(dǎo)化合物。

（4）先導(dǎo)化合物的優(yōu)化（lead optimization）：通過(guò)毒理學(xué)和藥動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià),，進(jìn)一步了解先導(dǎo)化合物的應(yīng)用價(jià)值,，并且通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)改造，得到安全且藥動(dòng)學(xué)特性優(yōu)良的衍生物,。

（5）臨床前評(píng)價(jià)（pre-clinical evaluation）：在細(xì)胞、離體,、整體水平,，進(jìn)一步對(duì)篩選出來(lái)的化合物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇有臨床應(yīng)用價(jià)值的化合物,，進(jìn)入臨床研究,。

（二）方法學(xué)

由于基因數(shù)量浩繁，以往的方法不能適應(yīng)快速解析基因及其功能的需要,，因此,，后基因組學(xué)研究在分子生物學(xué)為主的方法學(xué)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了高通量篩選、功能可視化等新技術(shù),。

1,、高通量篩選（high-throughput screening, HTS）  以玻璃片、膜片或培養(yǎng)板為載體,，用高密度,、微量自動(dòng)化加樣的方法，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)分析大量樣本,，這就是最近發(fā)展起來(lái)的高通量篩選方法,。高通量篩選方法通常一次可以測(cè)定384～1536個(gè)點(diǎn)，現(xiàn)在還有3456個(gè)點(diǎn)的超高通量篩選方法（ultra-high-throughput screening, UHTS）,。高通量技術(shù)的采用并不排除傳統(tǒng)研究方法,，而是互相補(bǔ)充。

（1）高通量篩選的基本條件：①足夠的基因/蛋白庫(kù),；②簡(jiǎn)便,、靈敏、穩(wěn)定的客觀檢測(cè)指標(biāo),；③快速檢測(cè)微量樣本的,；④自動(dòng)化取樣和加樣機(jī)器人；⑤計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),；⑥數(shù)十萬(wàn)至上百萬(wàn)個(gè)化合物庫(kù),。

因此，作為后基因組時(shí)代基本研究技術(shù)的高通量篩選,，單靠一個(gè)學(xué)科是無(wú)法開(kāi)展的,，大跨度的學(xué)科交叉勢(shì)在必行。這涉及到醫(yī)學(xué)及其各個(gè)分支,、分子生物學(xué),、化學(xué)、光學(xué),、自動(dòng)化儀器,、計(jì)算機(jī)等眾多學(xué)科的大聯(lián)合。

（2）用于高通量篩選的生物材料：有兩大類,，一類是cDNA,、寡核苷酸、mRNA,、抗體,、酶、蛋白等生物大分子,，另一類是細(xì)胞,。將生物大分子以高密度微矩陣方式排列于玻璃板或膜片上,，與生物樣本反應(yīng)，然后檢測(cè)觀察指標(biāo)的變化,，常稱為芯片（chip）技術(shù),。以細(xì)胞為材料的研究方法，采取預(yù)先制備目的基因或報(bào)告基因的轉(zhuǎn)染細(xì)胞株,，然后觀察目的基因或報(bào)告基因表達(dá)變化,。

（3）研究方法類型：可以預(yù)先將不同樣本（不同處理方式、不同處理時(shí)間,、不同個(gè)體等）排列在載體上,，然后與相同的探針?lè)磻?yīng)，檢測(cè)指標(biāo)變化,；或預(yù)先將不同探針排列在載體上,，然后與相同的生物樣本反應(yīng)，檢測(cè)指標(biāo)變化,。

2,、功能可視化    與高通量篩選相適應(yīng)的另一個(gè)技術(shù)體系，就是功能可視化?，F(xiàn)在已經(jīng)在整體,、離體、細(xì)胞和分子水平都建立了各種可視化技術(shù),?？梢暬夹g(shù)不僅將難以用肉眼看到的微觀功能變化轉(zhuǎn)化成直觀影像，而且能夠客觀定量和實(shí)時(shí)分析,，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù),，可以作為高通量篩選的觀察指標(biāo)。

（1）熒光或化學(xué)發(fā)光：合成生物毒性低的光學(xué)活性化合物（光化學(xué)指示劑）,，與相應(yīng)的底物結(jié)合,，利用其在不同狀態(tài)下光學(xué)信號(hào)的改變，檢測(cè)相應(yīng)的分子或功能變化,。例如：①將光化學(xué)指示劑注入或?qū)爰?xì)胞內(nèi),，在顯微鏡下觀察和記錄這些物質(zhì)在細(xì)胞功能變化時(shí)的光化學(xué)變化，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或動(dòng)態(tài)圖像,，以計(jì)算機(jī)貯存和分析結(jié)果,。目前已經(jīng)有Ca2+、Na+,、Mg2+、Cl－,、cAMP,、鈣調(diào)蛋白,、pH、膜電位檢測(cè)方法,。②將具有光學(xué)活性的熒光蛋白等報(bào)告基因轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi),，檢測(cè)光學(xué)信號(hào)變化來(lái)觀察分子或細(xì)胞功能。③將MTT或TTC染料與細(xì)胞或組織共孵育,，檢測(cè)活細(xì)胞數(shù)量,；與熒光染料PI共孵育來(lái)檢測(cè)死亡細(xì)胞。

（2）放射性核素：放射性核素是靈敏,、穩(wěn)定的檢測(cè)方法,，近年來(lái)在微量檢測(cè)方面有了新的進(jìn)展，其中以蛋白酶檢測(cè)為例,，有濾過(guò)方式（filtration format）和鄰接液閃方式（scintillation proximity assay [SPA] format）,。SPA的優(yōu)點(diǎn)有：操作簡(jiǎn)單，只需要3個(gè)步驟,；不需另加液閃液,；不需分離游離的標(biāo)記物；應(yīng)用廣泛,，除了蛋白酶外,，預(yù)先吸附抗體的微球可以用來(lái)作放射免疫分析（RIA），預(yù)先吸附wheat germ agglutinin的微球可以作膜受體結(jié)合試驗(yàn),，還可用于其它受體和酶的分析,。

（3）報(bào)告基因：將具有熒光活性的蛋白整合至目的基因的下游，與目的基因一起表達(dá),，可以檢測(cè)熒光強(qiáng)度的方法檢測(cè)靶分子或效應(yīng)蛋白的表達(dá),，常用的有如綠熒光蛋白（green fluorescent protein, GFP）或熒光素酶（luciferase）。

（4）自然光學(xué)信號(hào)：在腦片研究中,，將光透射腦片用顯微鏡采集光信號(hào),，在損傷因素（如缺血、缺氧,、神經(jīng)毒物質(zhì),、外傷等）刺激下，腦片內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞和纖維腫脹,、排列紊亂,，發(fā)生光折射，顯微鏡采集的光信號(hào)減弱,，可以直接檢出病理變化發(fā)生部位,、擴(kuò)散、恢復(fù)等動(dòng)態(tài)過(guò)程,。結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù),，可以清晰,、直觀、動(dòng)態(tài)地觀察和記錄腦片功能變化,。

（5）功能成像：利用放射性核素標(biāo)記物或生理物質(zhì)核磁共振信號(hào)等在體內(nèi)不同功能狀態(tài)的變化,，在體外記錄信號(hào)，以計(jì)算機(jī)成像技術(shù)組成成三維圖像,，觀察和分析體內(nèi)能夠變化特點(diǎn),。該技術(shù)在腦功能研究中已經(jīng)得到成功的應(yīng)用。腦功能成像技術(shù)有功能核磁共振成像（fMRI）,、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）,，還有單光子發(fā)射斷層掃描（SPECT）、腦磁成像（MEG）,、腦電地形圖（BEAM）,、近紅外譜（NIRS）等，以前兩種為常用,。

3,、in silico研究    近年來(lái)提出一類新的研究技術(shù)，即“in silico”研究技術(shù),，字面是解釋是“硅片上的研究”,，即利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)綜合分析方法進(jìn)行生物學(xué)研究。該技術(shù)指的是利用生物信息學(xué)技術(shù)將獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),、分析和評(píng)定,，獲取研究結(jié)論的研究技術(shù)，與“in vivo”,、“in vitro”,、“in situ”、“ex vivo”等技術(shù)相平行,。in silico研究技術(shù)將現(xiàn)有研究資料與國(guó)際范圍積累的信息相結(jié)合,，可以更為高效地開(kāi)展研究，是后基因組學(xué)研究中不可缺少的技術(shù),。

（三）藥效學(xué)研究

藥效學(xué)研究將隨后基因組學(xué)（功能基因組學(xué)及蛋白組學(xué)）研究的進(jìn)展而在新的層面上展開(kāi),，研究的思維和方法都將有很大的變化。目前,，已經(jīng)有以下方面的研究動(dòng)向：

1,、反向藥理學(xué)（reverse pharmacology）    傳統(tǒng)藥理學(xué)研究一般從疾病-藥物作用出發(fā)，逐步深入到分子機(jī)制?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)從相反的方向展開(kāi)研究,，即從確定的生物分子出發(fā)，鑒定內(nèi)源性活性物質(zhì)及其與疾病的關(guān)系，再在此基礎(chǔ)上定向篩選藥物,。這種研究方式被稱為反向藥理學(xué)（reverse pharmacology）,。其中，反向藥理學(xué)研究典型的例子是對(duì)“孤兒受體（orphan receptor）”的研究,。

2、以結(jié)構(gòu)生物學(xué)解析藥物與靶分子的相互作用    近年來(lái)已經(jīng)用物理化學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)闡明了大量的功能蛋白分子的三維結(jié)構(gòu),，并且利用已知的規(guī)律推測(cè)新的分子結(jié)構(gòu),。分子結(jié)構(gòu)的闡明，使得藥物與體內(nèi)靶分子的相互作用研究能夠在更為精確的基礎(chǔ)上進(jìn)行,，從而在分子水平上了解藥物作用機(jī)制,，并且推動(dòng)了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)藥物分子的進(jìn)程。

（四）藥動(dòng)學(xué)研究

傳統(tǒng)的藥動(dòng)學(xué)研究以體內(nèi)藥物濃度及分布的測(cè)定技術(shù)為主要手段,。在基因組學(xué)和后基因組學(xué)研究浪潮的推動(dòng)下,，已經(jīng)開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是已經(jīng)闡明了許多與藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和毒性相關(guān)的生物分子,，以這些分子以基礎(chǔ),，開(kāi)展了in silico研究。藥動(dòng)學(xué)的吸收,、分布,、代謝（生物轉(zhuǎn)化）和排泄過(guò)程，可以最終分解成藥物轉(zhuǎn)運(yùn)（從體內(nèi)一個(gè)部位透過(guò)細(xì)胞屏障轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位）和代謝（以酶促反應(yīng)為主,，藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)被修飾）兩個(gè)基本過(guò)程,。因此，對(duì)介導(dǎo)這兩個(gè)基本過(guò)程的分子為基礎(chǔ),，對(duì)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝加以研究,，極大地提高了研究效率。以in silico研究的結(jié)果為指導(dǎo),，可以減少整體水平研究的工作量,，并提高準(zhǔn)確性和針對(duì)性。

1,、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體    藥物的吸收,、分布、排泄過(guò)程都涉及到藥物跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn),，近年來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制有了更進(jìn)一步的了解,。除了一些脂溶性高的小分子藥物外，多數(shù)藥物需要細(xì)胞膜上特殊載體的幫助才能透過(guò)細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn),。這些載體分子近年來(lái)已經(jīng)陸續(xù)被鑒定,、克隆，因此對(duì)藥物體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程有了更深入的認(rèn)識(shí),。這些轉(zhuǎn)運(yùn)體一般都是有12個(gè)跨膜區(qū)的糖蛋白,，能選擇性地與細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外藥物結(jié)合,，將藥物從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，或從細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi),。

2,、藥物代謝酶    介導(dǎo)藥物代謝的酶類分成：產(chǎn)生藥物氧化、還原和水解的I相（phase I）反應(yīng)的酶類,，引起藥物與體內(nèi)化學(xué)分子結(jié)合的II相（phase II）反應(yīng)的酶類,。這些酶類是引起藥物代謝個(gè)體差異的物質(zhì)基礎(chǔ)，可用于檢測(cè)藥物個(gè)體化特征,，還可用于先導(dǎo)化合物優(yōu)化,、藥物相互作用等研究。

（五）后基因組學(xué)與藥理學(xué)發(fā)展的展望

以功能基因組學(xué)和蛋白組學(xué)為主流的后基因組學(xué)時(shí)代,，應(yīng)用高通量篩選等技術(shù),，藥理學(xué)研究在以下幾個(gè)方面可望得到空前快速的發(fā)展：

1、藥物作用與靶分子    在高通量篩選技術(shù)的支持下,，至少在以下方面將有較大的進(jìn)展：①確定藥物的靶位點(diǎn),；②觀察藥物作用后基因表達(dá)變化，并能從中發(fā)現(xiàn)未知的靶分子,；③分析不同藥物或同類藥物不同衍生物對(duì)同一靶分子的作用,，從中確定藥物作用特點(diǎn)；④以反向藥理學(xué)方法,，發(fā)現(xiàn)新的治療靶標(biāo)和新類型的治療藥物,。

2、藥物代謝的高通量研究    通過(guò)對(duì)藥物的體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝相關(guān)分子的高通量研究,，可以先在體外以in silico研究方法進(jìn)行藥物體內(nèi)過(guò)程的預(yù)測(cè),，提高藥物評(píng)價(jià)效率和針對(duì)性。

3,、藥物作用的個(gè)體化研究    對(duì)藥物轉(zhuǎn)運(yùn),、代謝、效應(yīng),、毒性相關(guān)基因的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism, SNP）研究,，有可能對(duì)每個(gè)病人的藥物選擇、劑量,、給藥方式等作出預(yù)測(cè),，可以提高用藥的有效性、合理性和安全性,。

4,、新藥研制和開(kāi)發(fā)    高通量篩選技術(shù)為新藥研制和開(kāi)發(fā)帶來(lái)極為有力的途徑。最新的超高通量篩選方法已經(jīng)能夠做到5天內(nèi)篩選100萬(wàn)個(gè)化合物，這樣,，可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)藥物先導(dǎo)化合物和有效衍生物,，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和毒性的高通量篩選,，很快確定治療藥物的候選物,，藥物研制和開(kāi)發(fā)時(shí)間可以大大縮短，而且在高通量篩選技術(shù)普及后,，研制相對(duì)費(fèi)用可望大大減少,。