2000年6月26日，人類基因組計劃的科學家公布了人類基因組工作草圖,，預示著生命科學研究開始進入后基因組（post-genomic）研究時代,。如何在新形勢下開展藥理學研究,？這是我們面臨的巨大挑戰(zhàn),，也是藥理學研究發(fā)展的機會,。
隨著基因組的闡明，今后的藥理學研究將建立在一個新的基礎上,，即闡明基因組功能的同時,，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，研究技術上必須適應龐大繁雜的基因組功能的特點?，F(xiàn)在已經(jīng)提出藥理基因組學（pharmacogenomics）的新學科名稱,，預計這個新研究領域將迅速擴大，并滲透到藥理學各個分支,。
（一）一般概念
1,、后基因組學（post-genome science）概貌 在分子、細胞,、組織,、個體水平上，重點研究基因的功能,，即功能基因組學（functional genomics）,，其研究概貌如下：
研究對象：
專 業(yè)：
研究內容：
DNA
Genome
基因多樣性
單核苷酸多
態(tài)性(SNP)
«?
mRNA
Transcriptome
基因表達
mRNA表達
®
Protein
Proteome
基因功能
蛋白表達；分子功能,；
轉錄后修飾
2,、藥理基因組學（pharmacogenomics）研究內容 藥理基因組學將在基因組范圍內展開藥理學研究，與其它學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,。藥理基因組學將研究內容與基因及其功能相聯(lián)系，與以往單一研究對象為主的方式相比,，研究范圍擴大到整個相關的基因組,，也就是從“點”到“面”，或從閱讀“單詞”到閱讀“句子”的轉折,，因此,，視野更加開闊，研究深度加大,。研究內容包括：
（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，篩選有關疾病的相關基因,。這是一個艱苦的工作,，也是一個研究的限速步驟。藥理學家正在與其它學科的科學家共同探索,。
（2）靶基因的實用化（target validation）：疾病基因確定后,，需要將其制備成能供簡便、快速,、客觀,、定量研究的形式,，如制備轉基因細胞株或轉基因動物，導入便于識別的報告基因等,。
（3）先導化合物的確定（lead identification）：根據(jù)靶分子結構生物學特點,，以計算機設計藥物分子，并進行高通量篩選,；或從現(xiàn)有的化合物庫中高通量篩選作用于靶分子的先導化合物,。
（4）先導化合物的優(yōu)化（lead optimization）：通過毒理學和藥動學評價，進一步了解先導化合物的應用價值,，并且通過化學結構改造,，得到安全且藥動學特性優(yōu)良的衍生物。
（5）臨床前評價（pre-clinical evaluation）：在細胞,、離體,、整體水平，進一步對篩選出來的化合物進行綜合評價,，選擇有臨床應用價值的化合物,，進入臨床研究。
（二）方法學
由于基因數(shù)量浩繁,，以往的方法不能適應快速解析基因及其功能的需要,，因此，后基因組學研究在分子生物學為主的方法學基礎上,，進一步發(fā)展了高通量篩選,、功能可視化等新技術。
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,、微量自動化加樣的方法,，實現(xiàn)短時間內分析大量樣本，這就是最近發(fā)展起來的高通量篩選方法,。高通量篩選方法通常一次可以測定384～1536個點,，現(xiàn)在還有3456個點的超高通量篩選方法（ultra-high-throughput screening, UHTS）。高通量技術的采用并不排除傳統(tǒng)研究方法,，而是互相補充,。
（1）高通量篩選的基本條件：①足夠的基因/蛋白庫；②簡便,、靈敏,、穩(wěn)定的客觀檢測指標；③快速檢測微量樣本的；④自動化取樣和加樣機器人,；⑤計算機數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；⑥數(shù)十萬至上百萬個化合物庫,。
因此,，作為后基因組時代基本研究技術的高通量篩選，單靠一個學科是無法開展的,，大跨度的學科交叉勢在必行,。這涉及到醫(yī)學及其各個分支,、分子生物學,、化學,、光學、自動化儀器,、計算機等眾多學科的大聯(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,，然后檢測觀察指標的變化，常稱為芯片（chip）技術。以細胞為材料的研究方法,，采取預先制備目的基因或報告基因的轉染細胞株，然后觀察目的基因或報告基因表達變化,。
（3）研究方法類型：可以預先將不同樣本（不同處理方式,、不同處理時間、不同個體等）排列在載體上,，然后與相同的探針反應,，檢測指標變化,；或預先將不同探針排列在載體上,，然后與相同的生物樣本反應,，檢測指標變化,。
2,、功能可視化 與高通量篩選相適應的另一個技術體系,，就是功能可視化?，F(xiàn)在已經(jīng)在整體,、離體、細胞和分子水平都建立了各種可視化技術,?？梢暬夹g不僅將難以用肉眼看到的微觀功能變化轉化成直觀影像,，而且能夠客觀定量和實時分析，結合現(xiàn)代計算機圖像分析技術,，可以作為高通量篩選的觀察指標。
（1）熒光或化學發(fā)光：合成生物毒性低的光學活性化合物（光化學指示劑）,，與相應的底物結合,，利用其在不同狀態(tài)下光學信號的改變,，檢測相應的分子或功能變化,。例如：①將光化學指示劑注入或導入細胞內，在顯微鏡下觀察和記錄這些物質在細胞功能變化時的光化學變化,，再將光信號轉換成電信號或動態(tài)圖像,，以計算機貯存和分析結果。目前已經(jīng)有Ca2+,、Na+、Mg2+,、Cl－、cAMP,、鈣調蛋白、pH、膜電位檢測方法,。②將具有光學活性的熒光蛋白等報告基因轉入細胞內，檢測光學信號變化來觀察分子或細胞功能,。③將MTT或TTC染料與細胞或組織共孵育,，檢測活細胞數(shù)量；與熒光染料PI共孵育來檢測死亡細胞,。
（2）放射性核素：放射性核素是靈敏、穩(wěn)定的檢測方法,，近年來在微量檢測方面有了新的進展，其中以蛋白酶檢測為例,，有濾過方式（filtration format）和鄰接液閃方式（scintillation proximity assay [SPA] format）,。SPA的優(yōu)點有：操作簡單，只需要3個步驟,；不需另加液閃液；不需分離游離的標記物,；應用廣泛，除了蛋白酶外,，預先吸附抗體的微球可以用來作放射免疫分析（RIA），預先吸附wheat germ agglutinin的微球可以作膜受體結合試驗,，還可用于其它受體和酶的分析。
（3）報告基因：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,，可以檢測熒光強度的方法檢測靶分子或效應蛋白的表達,，常用的有如綠熒光蛋白（green fluorescent protein, GFP）或熒光素酶（luciferase）,。
（4）自然光學信號：在腦片研究中，將光透射腦片用顯微鏡采集光信號,，在損傷因素（如缺血,、缺氧、神經(jīng)毒物質,、外傷等）刺激下，腦片內的神經(jīng)細胞和纖維腫脹,、排列紊亂，發(fā)生光折射,，顯微鏡采集的光信號減弱，可以直接檢出病理變化發(fā)生部位,、擴散、恢復等動態(tài)過程。結合計算機圖像分析技術,，可以清晰、直觀,、動態(tài)地觀察和記錄腦片功能變化。
（5）功能成像：利用放射性核素標記物或生理物質核磁共振信號等在體內不同功能狀態(tài)的變化,，在體外記錄信號，以計算機成像技術組成成三維圖像,，觀察和分析體內能夠變化特點。該技術在腦功能研究中已經(jīng)得到成功的應用,。腦功能成像技術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 近年來提出一類新的研究技術,，即“in silico”研究技術，字面是解釋是“硅片上的研究”,，即利用計算機數(shù)據(jù)綜合分析方法進行生物學研究。該技術指的是利用生物信息學技術將獲得的實驗數(shù)據(jù)與生物信息數(shù)據(jù)庫進行比對,、分析和評定,，獲取研究結論的研究技術，與“in vivo”,、“in vitro”、“in situ”,、“ex vivo”等技術相平行,。in silico研究技術將現(xiàn)有研究資料與國際范圍積累的信息相結合,，可以更為高效地開展研究,，是后基因組學研究中不可缺少的技術。
（三）藥效學研究
藥效學研究將隨后基因組學（功能基因組學及蛋白組學）研究的進展而在新的層面上展開,，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向：
1,、反向藥理學（reverse pharmacology） 傳統(tǒng)藥理學研究一般從疾病-藥物作用出發(fā),，逐步深入到分子機制?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)從相反的方向展開研究,，即從確定的生物分子出發(fā),，鑒定內源性活性物質及其與疾病的關系,，再在此基礎上定向篩選藥物。這種研究方式被稱為反向藥理學（reverse pharmacology）,。其中，反向藥理學研究典型的例子是對“孤兒受體（orphan receptor）”的研究,。
2,、以結構生物學解析藥物與靶分子的相互作用 近年來已經(jīng)用物理化學和計算機技術闡明了大量的功能蛋白分子的三維結構，并且利用已知的規(guī)律推測新的分子結構,。分子結構的闡明，使得藥物與體內靶分子的相互作用研究能夠在更為精確的基礎上進行,，從而在分子水平上了解藥物作用機制，并且推動了計算機設計藥物分子的進程,。
（四）藥動學研究
傳統(tǒng)的藥動學研究以體內藥物濃度及分布的測定技術為主要手段。在基因組學和后基因組學研究浪潮的推動下,，已經(jīng)開辟了新的研究領域，其主要特點是已經(jīng)闡明了許多與藥物轉運和毒性相關的生物分子,，以這些分子以基礎,，開展了in silico研究。藥動學的吸收,、分布、代謝（生物轉化）和排泄過程,，可以最終分解成藥物轉運（從體內一個部位透過細胞屏障轉移到另一個部位）和代謝（以酶促反應為主，藥物化學結構被修飾）兩個基本過程,。因此，對介導這兩個基本過程的分子為基礎,，對藥物轉運和代謝加以研究，極大地提高了研究效率,。以in silico研究的結果為指導，可以減少整體水平研究的工作量,，并提高準確性和針對性。
1,、藥物轉運體 藥物的吸收,、分布、排泄過程都涉及到藥物跨細胞轉運,，近年來對轉運的分子機制有了更進一步的了解,。除了一些脂溶性高的小分子藥物外,，多數(shù)藥物需要細胞膜上特殊載體的幫助才能透過細胞進行轉運,。這些載體分子近年來已經(jīng)陸續(xù)被鑒定,、克隆,，因此對藥物體內轉運過程有了更深入的認識,。這些轉運體一般都是有12個跨膜區(qū)的糖蛋白,，能選擇性地與細胞內或細胞外藥物結合,，將藥物從細胞內轉運到細胞外,，或從細胞外轉運到細胞內,。
2、藥物代謝酶 介導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）反應的酶類，引起藥物與體內化學分子結合的II相（phase II）反應的酶類,。這些酶類是引起藥物代謝個體差異的物質基礎,，可用于檢測藥物個體化特征,，還可用于先導化合物優(yōu)化,、藥物相互作用等研究,。
（五）后基因組學與藥理學發(fā)展的展望
以功能基因組學和蛋白組學為主流的后基因組學時代，應用高通量篩選等技術,，藥理學研究在以下幾個方面可望得到空前快速的發(fā)展：
1,、藥物作用與靶分子 在高通量篩選技術的支持下,，至少在以下方面將有較大的進展：①確定藥物的靶位點；②觀察藥物作用后基因表達變化,，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同一靶分子的作用,，從中確定藥物作用特點,；④以反向藥理學方法,，發(fā)現(xiàn)新的治療靶標和新類型的治療藥物,。
2、藥物代謝的高通量研究 通過對藥物的體內轉運和代謝相關分子的高通量研究,，可以先在體外以in silico研究方法進行藥物體內過程的預測,，提高藥物評價效率和針對性。
3,、藥物作用的個體化研究 對藥物轉運,、代謝、效應,、毒性相關基因的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism, SNP）研究,，有可能對每個病人的藥物選擇、劑量,、給藥方式等作出預測,，可以提高用藥的有效性、合理性和安全性,。
4,、新藥研制和開發(fā) 高通量篩選技術為新藥研制和開發(fā)帶來極為有力的途徑。最新的超高通量篩選方法已經(jīng)能夠做到5天內篩選100萬個化合物,，這樣,，可以在短時間內發(fā)現(xiàn)藥物先導化合物和有效衍生物，通過轉運,、代謝和毒性的高通量篩選,，很快確定治療藥物的候選物，藥物研制和開發(fā)時間可以大大縮短,，而且在高通量篩選技術普及后,，研制相對費用可望大大減少。
