化學(xué)生物學(xué)與藥物研發(fā)淺議

摘要：化學(xué)生物學(xué)是化學(xué)與生物學(xué)不斷交融，于20世紀(jì)90年代中期形成的一門新的前沿交叉學(xué)科?；瘜W(xué)生物學(xué)通過研究生物活性小分子與生物體靶分子間的相互作用，從而闡明各種生理和病理過程的分子機(jī)制，為開發(fā)新穎藥物提供新的途徑。探討化學(xué)生物學(xué)與藥物研發(fā)的關(guān)系，有利于課堂教學(xué)及學(xué)生業(yè)外科研活動(dòng)的開展。

關(guān)鍵詞：化學(xué)生物學(xué)；藥學(xué)；藥物研發(fā)；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）10-0201-02

化學(xué)生物學(xué)是近年來出現(xiàn)的新興研究領(lǐng)域，是用化學(xué)的理論、研究方法和手段從分子或亞分子水平去探索生物醫(yī)學(xué)問題的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。是一個(gè)有活力、有應(yīng)用前景的新學(xué)科?；瘜W(xué)生物學(xué)的產(chǎn)生是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的一個(gè)必然結(jié)果，也是藥物化學(xué)發(fā)展的需求。它的誕生和發(fā)展為化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等各個(gè)學(xué)科帶來新的發(fā)展機(jī)遇，已經(jīng)引起了科學(xué)家們廣泛的關(guān)注[1]。

中南民族大學(xué)藥學(xué)院的化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的組建，可以為藥學(xué)、醫(yī)藥和制藥工業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)一大批人才。然而，化學(xué)生物學(xué)作為一門新興的交叉前沿學(xué)科，還需要我們系統(tǒng)地回顧它的誕生和發(fā)展過程，辨析化學(xué)生物學(xué)與生物化學(xué)、分子生物學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別。尤其是深入探討化學(xué)生物學(xué)在基因（蛋白）功能研究、藥物作用靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)以及新藥先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)等方面的問題，進(jìn)而使這一新型的學(xué)科得到更為廣泛深入的認(rèn)識及研究，促進(jìn)我院化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的教學(xué)及學(xué)生的業(yè)余科研活動(dòng)的順利開展。本文中，我們將對以上幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

一、化學(xué)生物學(xué)的誕生及與生物化學(xué)、分子生物學(xué)的聯(lián)系和區(qū)別

化學(xué)生物學(xué)作為一個(gè)新興的交叉前沿學(xué)科，有其獨(dú)特的科學(xué)內(nèi)涵。回顧自然科學(xué)的發(fā)展歷史，化學(xué)與生物學(xué)兩大學(xué)科在歷史的發(fā)展長河中有著密切的聯(lián)系。而化學(xué)生物學(xué)是化學(xué)與生物學(xué)不斷交融，于20世紀(jì)90年代中期形成的一門新的前沿交叉學(xué)科。隨著新的概念和技術(shù)的發(fā)展，人們已能合成自然界發(fā)現(xiàn)和鑒定的任何復(fù)雜的天然化合物，并且在此基礎(chǔ)上能夠設(shè)計(jì)和合成具有特定性能的新穎化合物?；瘜W(xué)家嘗試用外源性活性小分子（包括天然化合物）為探針，去探索生命體中的分子間相互作用和細(xì)胞發(fā)育與分化的調(diào)控作用及其所包含的分子機(jī)制。于是，利用化學(xué)的理論、研究方法和手段來研究生物學(xué)、醫(yī)學(xué)問題的一門交叉前沿學(xué)科——化學(xué)生物學(xué)誕生了[2，3]。

化學(xué)生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)都是化學(xué)與生物學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，三者之間既緊密相關(guān)又有所不同。如生物化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)都是利用化學(xué)方法和技術(shù)研究來揭示生物體的奧秘。但是兩個(gè)學(xué)科的出發(fā)點(diǎn)絕然不同，生物化學(xué)是以內(nèi)源物質(zhì)為主要研究對象，包括蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)、核酸以及體內(nèi)參與生理過程的有機(jī)小分子和無機(jī)離子等。通過對固有內(nèi)源分子的結(jié)構(gòu)、代謝、功能的研究，揭示生命的本質(zhì)；而化學(xué)生物學(xué)卻立足于外源分子，尤其是外源小分子?；瘜W(xué)生物學(xué)是利用外源化合物以及有關(guān)的各種技術(shù)和方法，對生物體（包括基礎(chǔ)的組成分子、細(xì)胞、組織及整個(gè)機(jī)體）進(jìn)行全方位的研究，以期揭示更多的生物學(xué)奧秘的綜合的交叉學(xué)科。

分子生物學(xué)采用定點(diǎn)突變的方法來改變生物分子如蛋白質(zhì)和核酸的功能。而化學(xué)生物學(xué)是采用化學(xué)的手段，如運(yùn)用小分子或人工設(shè)計(jì)合成的分子作為配體來直接改變生物分子的功能，他們認(rèn)為這是化學(xué)生物學(xué)這一領(lǐng)域的核心。

二、化學(xué)生物學(xué)與新一代的藥物研發(fā)

藥物研發(fā)是伴隨著人類發(fā)展繁衍整個(gè)過程的重要問題。在古代，人類多是以神農(nóng)嘗百草的方式，根據(jù)生產(chǎn)生活的經(jīng)驗(yàn)或偶然發(fā)現(xiàn)，尋找到具有一定治療作用的植物、動(dòng)物及礦物。隨著科技的發(fā)展，人們通過化學(xué)合成及天然產(chǎn)物提取，開始自主性地、有意識地開發(fā)藥物。并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，研究藥物的毒副作用、藥物代謝及機(jī)制等問題，進(jìn)行藥物的篩選。然而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)消耗時(shí)間長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作技術(shù)要求高，并且需要的受試樣品量大，限制了此類方法在藥物研發(fā)的使用。近年來，基于化學(xué)生物學(xué)的新型藥物研發(fā)模式，越來越受到人們的關(guān)注。90年代中期以來，化學(xué)制藥業(yè)的繁榮和新穎小分子化學(xué)藥物的產(chǎn)業(yè)化速度的大幅度提高，無不直接或間接得益于這一學(xué)科的發(fā)展。

化學(xué)生物學(xué)是從全新的角度對藥物開發(fā)的介入[4]。它融合了傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、晶體化學(xué)、波譜學(xué)和信息化學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科的理論、技術(shù)和研究方法，從更深層面去研究生命現(xiàn)象和生命過程[5]?；瘜W(xué)生物學(xué)作為藥物研發(fā)的新型手段，具有即時(shí)性、可逆性、梯度可調(diào)性、可操作性等優(yōu)點(diǎn)。從藥物研發(fā)所需的時(shí)間和金錢的投入角度來看，化學(xué)生物學(xué)可以縮短藥物研發(fā)周期，提高成功效率，有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)，將會(huì)給藥物研發(fā)帶來翻天覆地的變化。第一個(gè)完全采用化學(xué)生物學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化的藥物是惡唑烷酮類抗生素，并于2001年在美國獲得批準(zhǔn)上市。它的研制前后共花費(fèi)9年的時(shí)間，與傳統(tǒng)新藥開發(fā)平均時(shí)間相比節(jié)約了4～6年。這一實(shí)例充分證明化學(xué)生物學(xué)在縮短藥物研發(fā)周期中的優(yōu)勢。

三、發(fā)展我院特色化學(xué)生物學(xué)的展望

基于化學(xué)生物學(xué)在化學(xué)、生物、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)等各學(xué)科的應(yīng)用前景，國外一些著名的研究機(jī)構(gòu)或大學(xué)紛紛組建了化學(xué)生物學(xué)專業(yè)和研究機(jī)構(gòu)。1995年，哈佛大學(xué)首先將其化學(xué)系改名為化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系，康奈爾大學(xué)隨后建立了化學(xué)生物學(xué)研究所。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、藥學(xué)院在我國首先成立了化學(xué)生物學(xué)系[1]。許多大學(xué)也相繼成立了各種化學(xué)生物學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)室和研究所。開設(shè)化學(xué)生物學(xué)專業(yè)的高校逐漸增多，僅湖北地區(qū)，除我校在藥學(xué)院開設(shè)的化學(xué)生物學(xué)專業(yè)外，還有武漢大學(xué)、華中師范大學(xué)、湖北大學(xué)以及三峽大學(xué)等四所高校開設(shè)了此專業(yè)。客觀而言，我院化學(xué)生物學(xué)的專業(yè)研究實(shí)力與國內(nèi)外著名學(xué)府還存在相當(dāng)大的差距。如何將中南民族大學(xué)藥學(xué)院的化學(xué)生物學(xué)專業(yè)建設(shè)成為一個(gè)特色專業(yè)、品牌專業(yè)，是一個(gè)值得我們深思和探討的問題。

發(fā)展化學(xué)生物學(xué)，必須發(fā)現(xiàn)和得到大量新的化合物。新化合物的兩大來源是：自然界發(fā)現(xiàn)新的化合物以及人為設(shè)計(jì)合成的化合物。人為設(shè)計(jì)合成化合物，盲目性較大、耗時(shí)長、研究成本較高，特別是新型化合物的藥理毒理性質(zhì)需要長期的研究。相對而言，中草藥以及各少數(shù)民族藥物是祖國醫(yī)藥的寶貴遺產(chǎn)，是人類在長期的生產(chǎn)生活實(shí)踐中的總結(jié)，有一定的藥性藥理指導(dǎo)作用。民族藥包括中草藥的本質(zhì)是一群組合的天然化合物。我院的天然產(chǎn)物化學(xué)研究實(shí)力比較雄厚，可以將其與化學(xué)生物學(xué)研究結(jié)合，發(fā)掘的藥物靶點(diǎn)與先導(dǎo)化合物，搶占了這一新興領(lǐng)域的制高點(diǎn)，可以打造出我院特色品牌專業(yè)，同時(shí)也有利于化學(xué)生物學(xué)人才的培養(yǎng)！

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基金項(xiàng)目：中南民族教改項(xiàng)目（JYX13002），民族藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資助。

作者簡介：趙丹，女，講師，博士，湖北棗陽人，中南民族大學(xué)藥學(xué)院化學(xué)生物學(xué)教研室。endprint