① 谈谈药物化学的发展历史和发展趋势
从20世纪初至80年代,是化学药物飞速发展的时代,在此期间,发现及发明了现在所使用的一些最重要的药物,为人类健康做出了贡献。
从合成药物发展的历史及现今科学技术的进步来展望21世纪合成药物发展的趋势,可以从下列几个方面加以评述。
1、从药用植物中发现新的先导化合物并进行结构修饰、发明新药仍是21世纪合成新药研究的重要部分。尤其是由于细胞及分子水平的活性筛选方法的常规化和分离技术的精巧化,有可能从植物中发现极微量的新的化学结构类型。同时,通过现代的筛选模型重新发现20世纪已经筛选过的植物化学成分的新用途,也为合成新药研究提供了更多的成功机会。
2、从天然来源发现新结构类型抗生素已经很困难,微生物对抗生素的耐药性的增加,不合理的使用抗生素,使得一种抗生素的使用寿命愈来愈短。这种情况促使半合成及全合成抗生素在21世纪会得到特别发展。
3、组合化学技术应用到获得新化合物分子上,是仿生学的一种发展。它将一些基本小分子装配成不同的组合,从而建立起具有大量化合物的化学分子库,再结合高通量筛选来寻找到一些具有活性的先导化合物。
4、有机化合物仍然是21世纪合成药物最重要的来源。
5、20世纪60~70年代,仪器分析(光谱、色谱)学科的逐渐形成,加快了化学合成药物开发的速度,使化学药物质量可控性达到相当完美的程度。进入21世纪,一批带有高级计算机仪器的发明,分离、分析手段的不断提高,特别是分析方法进一步的微量化等将使化学合成药物的质量更加提高,开发速度也会进一步加快。
6、药理学进一步分枝化为分子药理学、生化药理学、免疫药理学、受体药理学等,使化学合成药物的有效药理表现更加具有特异性。21世纪,化学合成药物会紧密地推动药理学科的发展,药理学的进展又会促进化学合成药物向更加具有专一性的方向发展,使其不但具有更好的药效,毒副作用也会更加减少。
7、经过半个世纪的积累,通过利用计算机进行合理药物设计的新药研究和开发,展现出良好的发展前景。21世纪,酶、受体、蛋白的三维空间结构会一个一个地被阐明的,这给利用已阐明这些“生物靶点”进行合理药物设计,从而开发出新的化学合成药物奠定了坚实的基础。
8、防治心脑血管疾病、癌症、病毒及艾滋病、老年性疾病、免疫及遗传性等重要疾病的合成药物是21世纪重点需要开发的新药。
9、分子生物学技术的突飞猛进、人类基因组学的研究成就,将对临床用药产生重大影响,不但会有助于发现一类新型微量内源性物质,如活性蛋白、细胞因子等药物,也为化学合成药物研究特别是提供新的作用靶点奠定了重要的基础。
10、进入21世纪,化学合成药物仍然是最有效、最常用、最大量及最重要的治疗药物。人类基因组学的研究成就、中药现代化的巨大吸引力为我们带来了美好的前景,引起了包括政府部门、企业家以及媒体的关心与兴趣。将之作为重点科学事业给予支持与鼓励,这是值得赞赏的,但是若因此而形成对化学合成药物的忽视局面,甚至更多的渲染它的毒副作用,或用一些如“回归自然”、“绿色消费”等动听的名词来贬低化学合成药物的重要性和实用性,这是不全面的。当今世界大制药公司新药研究的主题仍是化学合成药物。而利用人类基因组学及中药现代化的成就开发出可以临床使用的药物并占有重要地位是一件十分困难的事业,需要相当时间的积累。假使说用化学方法合成药物是今天该做的事,否则我们与国际水平相比将会有更大的差距。
② 药物的发展史
l9世纪末,化学工业的兴起,Ehrlich化学治疗概念的建立, 为20世纪初化学药物的合成和进展奠定了基础。例如早期的含锑、砷的有机药物用于治疗锥虫病、阿米巴病和梅毒等。在此基础上发展用于治疗疟疾和寄生虫病的化学药物。 20世纪30年代中期发现百浪多息和磺胺后,合成了一系列磺胺类药物。1940年青霉素疗效得到肯定,β内酰胺类抗生素得到飞速发展。化学治疗的范围日益扩大,已不根于细茵感染的疾病。随着1940年woods和FildeS抗代谢学说的建立,不仅阐明抗菌药物的作用机理,也为寻找新药开拓了新的途径。例如根据抗代谢学说发现抗肿搐药·利尿药和抗疟药等。药物结构与生物活性关系的研究也随之开展,为创制新药和先导物提供了重要依据。30比~40年代发现的化学药物最多,此时期是药物化学发展史上的丰收时代。 进人50年代后,新药数量不及初阶段,药物在机体内的作用机理和代谢变化逐步得到阐明,导致联系生理、生化效应和针对病因寻找新药·改进了单纯从药物的显效基团或基本结构寻找新药的方法。例如利用潜效(Latentiation)和前药(Prodrug)概念,设计能降低毒副作用和提高选择性的新化合物。1952年发现治疗精神分裂症的氯丙嗪后·精神神经疾病的治疗,取得突破性的进展。非甾体抗炎药是60年代中期以后研究的活跃领域,一系列抗炎新药先后上市。 60年代以后构效关系研究发展很快,已由定性转向定量方面。定量构效关系(QSAR)是将化合物的结构信息、理化参数与生物活性进行分析计算,建立合理的数学模型,研究构-效之间的量变规律,为药物设计、指导先导化合物结构改造提供理论依据。QSAR常用方法有Hansch线性多元回归模型,Free-WilSon加合模型和Kier分子连接性等。所用的参数大多是由化合物二维结构测得,称为二维定量构效关系(2D-QSAR)。50~60年代是药物化学发展的重要时期70年代迄今,对药物潜在作用靶点进行深入研究,对其结构、功能逐步了解。另外,分子力学和量子化学与药学科学的渗透,X衍射、生物核磁共振、数据库、分子图形学的应用,为研究药物与生物大分子三维结构,药效构象以及二者作用模式,探索构效关系提供了理论依据和先进手段,现认为SD-QSAR与基于结构的设计方法相结合,将使药物设计更趋于合理化。 对受体的深入研究·尤其许多受体亚型的发现,促进了受体激动剂和秸抗剂的发展,寻找特异性地仅作用某一受体亚型的药物,可提高其选择性。如β和α肾上腺素受体及其亚型阻滞剂是治疗心血管疾病的常用药物;组胺H2受体阻滞剂能治疗胃及十二指肠溃疡。内源性脑啡酞类对阿片受体有激动作用,因而呈现镇痛活性,目前阿片受体有多种亚型(如δεγηκ等)为设计特异性镇痛药开拓了途径。 酶是高度特异性的蛋白质,生命活动许多是由酶催化的生化反应,故具有重要的生理生化活性。随着对酶的三维结构、活性部位的深入研究,以酶为记点进行的酶抑制剂研究,取得很大进展。例如通过干扰肾素(Renin)-血管紧张素(Angiotensin)-醛固醇(Aldosterone)系统调节而达到降压效用的血管紧张汞转化酶(ACE)抑制剂,是7O年代中期发展起来的降压药。一系列的ACE抑制剂如卡托普利、依那普利·赖诺普利等已是治疗高血压、心力衰竭的重要药物。3羟基-3-甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂,对防治动脉粥样硬化、降血脂有较好的疗效。噻氯匹定可抑制血栓素合成酶·用于防治血栓形成。 离子通道类似于活化酶存在于机体的各种组织,参与调节多种生理功能。7O年代末发现的一系列钙拮抗剂(Calcium Antagonists)是重要的心脑血管药,其中二氢砒锭啶类研究较为深入·品种也较多,各具药理特点。近年发现的钾通通调控剂为寻找抗高血压、抗心纹痛和I类抗心律失常药开辟了新的途径。 细胞癌变认为是由于基因突变导致基因表达失调和细胞无限增殖所引起的,因此可将癌基因作为记点,利用反义技术(antisense technology)抑制细胞增殖的方法,可设计新型抗癌药。 8O年代初诺氟沙星用于临床后,迅速掀起喹诺酮类抗菌药的研究热潮,相继合成了一系列抗菌药物,这类抗菌药和一些新抗生素的问世,认为是合成抗菌药发展史上的重要里程碑。 寻找内源性活性物质是药物化学研究的内容之一,近年来发现许多活性多肽和细胞因子·如心钠素(ANF)是8O年代初从鼠心肌匀浆分离出的心房肽,具有很强的利尿、降压和调节心律的作用,内皮舒张因子(EDRF)NO是同时期证实由内皮细胞分泌具有舒张血管作用的物质,其化学本质后证实是一氧化氮(Ho)。它是调节心血管系统、神经系统和免疫系统功能的细胞信使分子,参与机体的多种生理作用,9O年代后,有关NO的研究已成国际的热点。NO供体和NO合酶抑制剂的研究正方兴未艾,将为心血管抗炎药等开拓新的领域。 生物技术(生物工程)是近2O年发展的高新技术,医药生物技术已成为新兴产业和经济生长点。9O年代初以来上市的新药中,生物技术产品占有较大的比例,并有迅速上升的趋势。通过生物技术改造传统制药产业可提高经济效益,利用转基因动物-乳腺生物反应器研制、生产药品,将是21世纪生物技术领域研究的热点之一。 近年来发展的组合化学技术,能合成数量众多的结相关的化合物,建立有序变化的多样性分子库,进行集约快构速筛选,这种大量合成和高通量筛选,无疑对发现先导化合物和提高新药研究水平都具有重要意义。 70-90年代,新理论、新技术、学科间交叉淮透形成的新兴学科,都促进了药物化学的发展,认为是药物化学承前启后,继往开来的关键时代。 人们认为20世纪中、后期药物化学的进展和大量新药上市,归纳为三方面主要原因:(l)生命科学,如结构生物学、分子生物学、分子遗传学、基因学和生物技术的进展,为发现新药提供理论依据和技术支撑(2)信息科学的突飞猛进,如生物信息学的建立,生物芯片的研制,各种信息效据库和信息技术的应用,可便捷地检索和搜寻所需安的文献资料,研究水平和效率大为提高;(3)制药企业为了争取国际市场,投入大且资金用于新药研究和开发(R&D),新药品种不断增加,促进了医药工业快速发展。
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