化學生物學與藥物研發(fā)淺議

摘要：化學生物學是化學與生物學不斷交融，于20世紀90年代中期形成的一門新的前沿交叉學科。化學生物學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制，為開發(fā)新穎藥物提供新的途徑。探討化學生物學與藥物研發(fā)的關系，有利于課堂教學及學生業(yè)外科研活動的開展。

關鍵詞：化學生物學；藥學；藥物研發(fā)；教學

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

化學生物學是近年來出現(xiàn)的新興研究領域，是用化學的理論、研究方法和手段從分子或亞分子水平去探索生物醫(yī)學問題的一個新的研究領域。是一個有活力、有應用前景的新學科。化學生物學的產生是化學學科發(fā)展的一個必然結果，也是藥物化學發(fā)展的需求。它的誕生和發(fā)展為化學、生物、醫(yī)學、藥學等各個學科帶來新的發(fā)展機遇，已經引起了科學家們廣泛的關注[1]。

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

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

化學生物學作為一個新興的交叉前沿學科，有其獨特的科學內涵。回顧自然科學的發(fā)展歷史，化學與生物學兩大學科在歷史的發(fā)展長河中有著密切的聯(lián)系。而化學生物學是化學與生物學不斷交融，于20世紀90年代中期形成的一門新的前沿交叉學科。隨著新的概念和技術的發(fā)展，人們已能合成自然界發(fā)現(xiàn)和鑒定的任何復雜的天然化合物，并且在此基礎上能夠設計和合成具有特定性能的新穎化合物。化學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胞發(fā)育與分化的調控作用及其所包含的分子機制。于是，利用化學的理論、研究方法和手段來研究生物學、醫(yī)學問題的一門交叉前沿學科——化學生物學誕生了[2，3]。

化學生物學、生物化學、分子生物學都是化學與生物學結合的產物，三者之間既緊密相關又有所不同。如生物化學與化學生物學都是利用化學方法和技術研究來揭示生物體的奧秘。但是兩個學科的出發(fā)點絕然不同，生物化學是以內源物質為主要研究對象，包括蛋白質、糖類、脂質、核酸以及體內參與生理過程的有機小分子和無機離子等。通過對固有內源分子的結構、代謝、功能的研究，揭示生命的本質；而化學生物學卻立足于外源分子，尤其是外源小分子。化學生物學是利用外源化合物以及有關的各種技術和方法，對生物體（包括基礎的組成分子、細胞、組織及整個機體）進行全方位的研究，以期揭示更多的生物學奧秘的綜合的交叉學科。

分子生物學采用定點突變的方法來改變生物分子如蛋白質和核酸的功能。而化學生物學是采用化學的手段，如運用小分子或人工設計合成的分子作為配體來直接改變生物分子的功能，他們認為這是化學生物學這一領域的核心。

二、化學生物學與新一代的藥物研發(fā)

藥物研發(fā)是伴隨著人類發(fā)展繁衍整個過程的重要問題。在古代，人類多是以神農嘗百草的方式，根據(jù)生產生活的經驗或偶然發(fā)現(xiàn)，尋找到具有一定治療作用的植物、動物及礦物。隨著科技的發(fā)展，人們通過化學合成及天然產物提取，開始自主性地、有意識地開發(fā)藥物。并通過動物實驗的應用，研究藥物的毒副作用、藥物代謝及機制等問題，進行藥物的篩選。然而動物實驗消耗時間長、勞動強度大、操作技術要求高，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，基于化學生物學的新型藥物研發(fā)模式，越來越受到人們的關注。90年代中期以來，化學制藥業(yè)的繁榮和新穎小分子化學藥物的產業(yè)化速度的大幅度提高，無不直接或間接得益于這一學科的發(fā)展。

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

三、發(fā)展我院特色化學生物學的展望

基于化學生物學在化學、生物、藥學、醫(yī)學等各學科的應用前景，國外一些著名的研究機構或大學紛紛組建了化學生物學專業(yè)和研究機構。1995年，哈佛大學首先將其化學系改名為化學與化學生物學系，康奈爾大學隨后建立了化學生物學研究所。北京大學化學與分子工程學院、藥學院在我國首先成立了化學生物學系[1]。許多大學也相繼成立了各種化學生物學方面的實驗室和研究所。開設化學生物學專業(yè)的高校逐漸增多，僅湖北地區(qū)，除我校在藥學院開設的化學生物學專業(yè)外，還有武漢大學、華中師范大學、湖北大學以及三峽大學等四所高校開設了此專業(yè)。客觀而言，我院化學生物學的專業(yè)研究實力與國內外著名學府還存在相當大的差距。如何將中南民族大學藥學院的化學生物學專業(yè)建設成為一個特色專業(yè)、品牌專業(yè)，是一個值得我們深思和探討的問題。

發(fā)展化學生物學，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計合成的化合物。人為設計合成化合物，盲目性較大、耗時長、研究成本較高，特別是新型化合物的藥理毒理性質需要長期的研究。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，是人類在長期的生產生活實踐中的總結，有一定的藥性藥理指導作用。民族藥包括中草藥的本質是一群組合的天然化合物。我院的天然產物化學研究實力比較雄厚，可以將其與化學生物學研究結合，發(fā)掘的藥物靶點與先導化合物，搶占了這一新興領域的制高點，可以打造出我院特色品牌專業(yè)，同時也有利于化學生物學人才的培養(yǎng)！

參考文獻：

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[2]吳厚銘.化學生物學——新興的交叉前沿學科領域[J].化學進展，2000，12（4）：423-430.

[3]趙先英.劉毅敏.覃軍.季衛(wèi)剛.王祥智.化學生物學的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J].山西醫(yī)科大學學報（基礎醫(yī)學教育版），2004，6（2）：129-130.

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基金項目：中南民族教改項目（JYX13002），民族藥學實驗教學中心資助。

作者簡介：趙丹，女，講師，博士，湖北棗陽人，中南民族大學藥學院化學生物學教研室。endprint