药物分子设计的策略_双靶标药物设计

收稿日期:2007-11-23作者简介:郭宗儒(1938-),男(汉族),河北正定人,研究员,博士生导师,1958年北京医学院药学系毕业,1965年协和医大研究生毕业,主要从事药物分子设计与化学合成,Tel :(010)83155752,E 2mail :zrguo @ 。

文章编号:1005-0108(2008)02-0147-11药物分子设计的策略:论药效团和骨架迁越郭宗儒(中国医学科学院药物研究所,北京100050)摘　要:药物分子是由药效团和结构骨架构成的,药效团是由不连续的离散的原子、基团或片断所构成,但需结合在分子骨架上,形成具体的分子。

骨架具有连续性,相同的药效团附着在不同的分子骨架上,构成了作用于同一靶标而结构多样的化合物。

骨架依据受体的柔性和可塑性形成了“杂乱性”的空间,显示了受体结合部位的杂乱性。

杂乱性越大,可容纳的配体分子的结构多样性就越多,意味着结构修饰与变换的余地大,成药的机会多。

由苗头化合物演化成先导物,进而优化成候选药物,这由化合物变革成安全、有效、稳定、可控的药物过程就是保持药效团、变换分子骨架、修饰基团和边链的过程。

结构骨架的变化可分为3个层次:以电子等排原理变换骨架结构;以优势结构为导向变换骨架结构;以结构2活性演化的方式变换骨架结构,即骨架迁越。

骨架迁越的目的是改善分子的物化、药代、稳定性和赋予分子的结构新颖性。

该文以实例阐述了骨架变换的方法与技巧。

关键词:药效团;电子等排;优势结构;骨架迁越中图分类号:R914 文献标志码:AStrategy of molecular drug design :pharmacophoreand scaffold hoppingGUO Z ong 2ru(Instit ute of M ateria Medica ,Chi nese A cademy of Medical Sciences ,Beiji ng 100050,Chi na )Abstract :Drug molecules are composed of scaffold and pharmacophore.The latter is an assembly of physico 2chemical features and their spacial arrangement responsible for a specific activity.Discrete atoms ,groups and/or fragments constitute pharmacophore ,which incorporates with an integrated scaffold to form an ac 2tual molecule.The same pharmacophore implanted on various scaffolds provides structurally diverse com 2pounds that act on the same biological target.Based on the flexibility and plasticity of receptors ,scaffolds can be rationally transformed ,which leads to “promiscuity ”.Promiscuity denotes the variability and diversity of receptor binding sites.The more promiscuity of the receptor ,the more structural diversity the ligand molecule accommodates ,which translates into more room for scaffold variation and higher success rate in drug discovery.In the evolution of hits to leads and the optimization of leads to drug candidates ,the essence is to perform appropriate molecular operation ,including preserving pharmacophore ,varying scaffolds ,and modifying functional groups and/or side chains ,to convert organic compounds into medicines with safety ,ef 2ficacy ,stability and controllability.The strategies in scaffold alteration can be classified into three aspects :bio 2isosterism ,privileged structure 2oriented ,and scaffold hopping.The purpose is to improve physico 2chemi 2cal properties ,pharmacokinetic behaviors ,and metabolic/chemical stability as well as to convey a structural novelty to compounds.This mini 2review is to discuss the relationship between pharmacophore and scaffold and illustrate methods and skills in the scaffold hopping with some examples.K ey w ords :pharmacophore ;isosterism ;privileged structure ;scaffold hopping第18卷　第2期2008年4月　总82期中国药物化学杂志Chinese Journal of Medicinal ChemistryVol 118　No 12　p.147Apr 12008Sum 82 近30年来,以生物靶标为核心的新药研发模式已占主导地位,并因此促进了许多新的技术和方法的出现和应用,例如组合化学、高通量筛选、基于受体结构的理性设计等都取得一定的效果。

药物分子设计的方法和技术药物分子设计是一门研究如何设计和合成药物分子的学科，它是药物研发的核心之一。

药物分子设计涉及到多种化学和生物学的知识，它可以通过合理的设计和优化药物分子的结构，来提高药物的效果和降低毒副作用。

在药物分子设计中，主要采用的方法和技术有以下几种：1. 经验法经验法是药物分子设计中最早也是最简单的方法，它主要依靠化学家、药物师、药剂师等从已经发现的药物分子中获取经验，并根据已有经验进行设计和合成新药分子。

经验法主要是一种基于试错和实验的方法，只能得到一些表面约束的药物分子，其中可能会包含一些无用的化合物和毒物。

因此，经验法已经逐渐被更加精确和可靠的计算方法所替代。

2. 分子对接法分子对接法是一种经过数学计算和模拟的药物分子设计方法。

它主要通过计算机进行分子分析和模拟，来快速预测和评估药物分子的性质和效果。

分子对接法的基本思想是通过计算药物分子与靶分子的结合能力、空间构象、配位等信息，来预测理想的药物设计结果。

该方法已经被广泛应用于药物研发中的各个环节，如新药物筛选、药物反应机制研究等。

3. QSAR法QSAR法是“定量构效关系法”的英文缩写，是目前药物分子设计中最主要的计算模型之一。

它基于分子表征和统计学方法，对药物分子与其理化性质之间的关系进行全面的数学建模和统计分析，以求得高精度的药物构效关系。

QSAR法是目前药物分子设计中最常用的计算模型之一，因为它能够对分子间的相互作用机制、活性和毒副作用进行多参数预测。

4. 分子设计和合成分子设计和合成是药物分子设计中最重要的一环，它主要是利用有机合成化学的方法和技术，对药物分子进行精准的合成和优化。

在分子设计和合成中，药物研究人员必须根据药物分子的理化性质、生物活性、毒副作用、相互作用机制等方面考虑，找到最优化的药物结构方案。

该方法是从分子层面上改良药物治疗效果和缩小药物毒副作用的理想方法，但是该方法对药物研发人员的化学知识和实验技能有较高的要求。

生物分子的药物设计和分子模拟随着科学技术的不断发展，药物的研发也不断取得进展。

生物分子的药物设计和分子模拟是一种有效的药物研发技术，可以加速药物发现和药物的优化过程。

本文将对生物分子的药物设计和分子模拟技术进行探讨。

一、生物分子的药物设计1. 蛋白质结构和感受器的结构药物与生物大分子相互作用的原理可以理解为“钥匙和锁”的配对。

因此，了解蛋白质结构和感受器结构对药物的设计非常重要。

分子生物学研究发现，生物大分子主要是由蛋白质和核酸两类分子组成，其中蛋白质是生命体内的基本构件和运动、调节、征兆传递等过程中必不可少的参与者，而药物与蛋白质的相互作用是药物针对疾病的特异性效应来源。

2. 生物大分子与药物的相互作用药物与生物大分子的相互作用主要是通过分子间的化学键来完成的。

蛋白质与药物相互作用的化学键主要有氢键、电荷间作用、范德华力等。

药物在靶标上的作用有抑制蛋白质活性、阻止介导信号的蛋白质与蛋白质复合物、抑制生物代谢途径等。

3. 药物分子设计中的策略对于药物的分子设计，主要有三种策略：(1)结构优化策略：药物分子在靶标结构上的相互作用受到药物的呈现形式和靶标空穴的大小等因素的制约。

在药物分子的设计中是通过调整药物分子的化学结构和化学性质来实现优化设计的。

(2)对接策略：结构优化策略需要配置可行的高效的靶标和药物量，使得它们有更高的亲和力，但这种方法耗时费力，对于大分子的对接效率低。

针对这一问题，对接策略通过利用计算机模拟，能够对大量候选药物进行快速筛选和优化，提高药物研发的效率。

(3)靶向药物分子策略：靶标分子上有很多的框架或者部分，我们可以通过设计药物分子来带有一些物质来特异地作用于这些框架部分，从而达到特异性的药物作用。

二、分子模拟技术1. 各种分子模拟方法的对比目前分子模拟方法主要包括分子力学模拟(MD)、分子动力学模拟(MD)、蒙特卡罗模拟（MC），它们都有各自的优点与不足，需要根据不同的研究目的选择合适的方法。

药物分子设计药物分子设计是一门综合性学科，旨在通过合理设计和精确模拟，研发出具有特定疗效的药物分子。

随着科技的不断进步，药物分子设计逐渐应用于药物研发的各个环节，为疾病治疗提供了新的思路和方法。

一、药物分子设计的意义药物分子设计在药物研发过程中起到关键的作用。

通过分子级别的设计和模拟，可以更好地理解药物与靶点的相互作用机制，从而优化药物的活性、选择性和安全性。

药物分子设计还可以加速药物的研发过程，节约时间和成本，提高药物的成功率。

二、药物分子设计的方法1. 靶标骨架设计：药物的有效性通过与特定的靶标相互作用来实现。

靶标骨架设计是药物分子设计的基础，通过利用已有的结构信息和药物数据库，确定合适的靶标骨架结构，为后续的设计提供参考。

2. 分子模拟技术：分子模拟是药物分子设计的核心技术之一。

通过计算机模拟分子的结构和性质，可以评估药物与靶标之间的相互作用、药物分子在生物体内的代谢和药效等。

常用的分子模拟方法包括分子对接、分子动力学模拟、量子化学计算等。

3. 结构基因组学：结构基因组学是一种高通量的药物分子设计方法。

通过快速从大规模的结构数据库中筛选出具有潜在生物活性的化合物，并对其进行进一步的优化。

结构基因组学在药物研发中具有重要的应用价值，可以大大缩短研发时间和降低成本。

三、药物分子设计的挑战药物分子设计虽然具有很大的潜力，但也面临着一些挑战。

首先，药物分子设计需要深入了解药物与靶点之间的相互作用机制，这需要大量的实验和理论研究工作。

其次，药物分子设计还需要充分考虑药物的生物活性、代谢动力学、药物相互作用等多个因素，这对药物研发人员的综合素质提出了较高的要求。

四、药物分子设计的应用前景药物分子设计在药物研发领域有着广阔的应用前景。

它可以用于开发新药、优化已有药物的性能、预测药物的代谢和药效，并为个体化药物治疗提供支持。

随着计算机技术和生物技术的不断进步，药物分子设计将在药物研发中发挥越来越重要的作用，为医学进步和人类健康做出更大的贡献。

药物制剂中的药物分子设计与优化药物分子设计与优化是现代药物研发领域的重要组成部分。

通过合理的分子设计和优化，可以提高药物的疗效和安全性，加速新药的研发过程。

本文将探讨药物制剂中的药物分子设计与优化的基本原理和方法。

一、药物分子设计的基本原理药物分子设计的目标是找到既具有良好的生物活性又具备药物代谢、吸收、分布和排泄等优良特性的分子结构。

具体来说，药物分子设计需要考虑以下几个方面：1. 作用靶点的选择：药物的作用靶点是药物发挥作用的关键因素。

在药物分子设计中，需要明确作用靶点，并研究作用靶点的结构和功能。

2. 结构活性关系的研究：药物的分子结构与其生物活性之间存在着密切的关系。

通过研究药物的结构活性关系，可以指导药物分子的设计和优化。

3. 药物代谢动力学：药物在体内的代谢过程对于其药效和安全性至关重要。

药物分子设计需要考虑药物的代谢途径和代谢酶的亲和力等因素。

二、药物分子设计的方法药物分子设计的方法包括定量构效关系（QSAR）模型、药物分子的合成与优化、分子对接等。

1. 定量构效关系（QSAR）模型：QSAR是通过建立定量的数学模型来研究化合物结构与其生物活性之间的关系。

通过QSAR模型，可以预测新药分子的生物活性，并指导药物分子的设计和优化。

2. 药物分子的合成与优化：根据药物分子的设计要求，可以通过有机合成方法来合成新的药物分子，并通过分子构效关系的研究对其进行优化。

3. 分子对接：分子对接是通过计算机模拟方法来预测药物分子与作用靶点之间的相互作用模式。

通过分子对接，可以评估药物分子与作用靶点的亲和力，指导药物分子的设计和优化。

三、药物分子优化的策略药物分子优化的策略包括结构改造、分子修饰和多靶点优化等。

1. 结构改造：通过改变药物分子的结构，可以调整其物理化学性质和生物活性。

常用的结构改造方法包括取代基的引入、环的扩展或收缩等。

2. 分子修饰：通过在药物分子中引入特定的官能团，可以改变其溶解度、稳定性和靶向性等特性。

分子药物设计
分子药物设计是指针对特定疾病或病理过程，利用化学方法和计算工具，设计和优化分子结构，以获得具有良好药效和药代动力学性质的化合物。

其主要目的是发现新的药物分子或改良已有药物分子，以提高治疗效果和降低副作用。

在分子药物设计的过程中，常用的策略包括结构基础药物设计、构效关系研究、立体构象优化、药物动力学模拟等。

结构基础药物设计是根据目标分子的结构和功能，设计新的化合物来与其相互作用；构效关系研究则是通过对活性化合物进行结构修饰和活性评价，找出结构与活性之间的关系，为分子设计提供指导；立体构象优化可以通过分子模拟等方法来预测分子的结构和构象，以更好地了解其与靶标的相互作用；药物动力学模拟则可以预测药物的药代动力学性质，如吸收、分布、代谢和排泄等，以评估其在体内的行为和能力。

分子药物设计的关键在于结合多种方法和工具，如计算化学、结构生物学、药理学等，进行有针对性的分子设计和优化。

通过这些手段，可以加速药物研发过程，减少实验成本和时间，并最终得到更安全、更有效的药物治疗方案。

新药研发的靶点和策略随着科技的不断进步和生物学领域研究的不断深入，新药研发的靶点和策略也在不断地更新和变化。

为了更加有效地研究和开发出新的药物，我们需要了解一些新药研发的靶点和策略。

一、靶点的选择靶点是指药物所需要干预的生物分子或细胞。

选择合适的靶点对于新药研发的成败有着决定性的影响。

传统研究方法主要包括分子对接和高通量筛选。

现在还有新的方法，例如系统生物学和网络药理学等。

1、分子对接通过计算每个小分子与靶点之间的非共价相互作用，找到相互作用最紧密的配体，来进行靶点的筛选。

由于分子对接需要先得到靶点的晶体结构，所以对于大量无法生成结晶样品的靶点，这种方法是不可行的。

2、高通量筛选高通量筛选是根据一系列基于细胞或生物标记物的逐步筛选过程，寻找最佳靶点的方法。

这种方法可以直接对生物样本进行筛选，适用范围广。

但是这种筛选方法涉及到很多变量，很难精准控制，所以只有结合分子对接等方法才能更好地筛选出最佳靶点。

3、系统生物学系统生物学是一种全面系统地研究生物系统所有分子组成和相互作用的方法。

借助系统生物学，可以深入分析生物系统特定的靶点并找到这些靶点的生物途径。

基于这些生物途径，可以利用计算生物学的方法预测药物的作用方式。

4、网络药理学网络药理学是基于网络科学的药物研发方法，它通过构建药物与靶点的网络，分析这个网络中的模式，找到药物靶向的重心。

借助网络药理学，可以更加全面地了解靶标和药物之间的相互关系，从而更好地进行药物研发。

二、新药研发的策略1、骨架和成分优化主要是通过调整药物的结构和成分，来改善它的药理和毒理效果。

骨架优化主要是通过结构的微调或化学修饰来提高药物的亲合性和选择性。

而成分优化则是通过改变其分子量和分子结构，来使药物更好地吸收和代谢。

2、多靶标发掘和优化通过多个靶点的发掘和优化，可以提高药物的疗效和副作用。

多靶点发掘和优化策略的核心在于通过组合药物来达到多靶点效果。

多靶点的发掘和优化需要通过系统生物学和网络药理学等技术手段进行协同研究。

生物科学中的药物分子设计
药物分子设计是生物科学中的重要组成部分。

与其它领域的分
子设计不同，药物分子设计的关键在于药物必须具备对人体无害
的特性。

药物分子设计的过程可以归结为三个步骤：药物靶标的选择、
药效评估和化合物设计。

首先，在药物分子设计的起点是药物靶标的选择。

药物靶标是
药物作用的对象。

各种疾病反映在生物体内不同的部位，如细胞、肝、肾等，而这些部位都有可能成为药物靶标。

药物靶标的选择
要根据疾病的性质、病因和药物作用机理来确定。

其次，药效评估是药物分子设计的重要环节。

药效评估是通过
试验来确定药物在不同时间内的剂量、作用时间、毒性、药代动
力学等特性。

药效评估不仅可以用于确定药物的有效性和安全性，同时对于进一步调整药物配方、优化药效也具有重要作用。

最后，药物分子的设计应该具备一定的合理性和创新性。

合理
的药物设计应该考虑到药效、毒性、代谢稳定性等重要因素；创
新的药物设计则要在现有药物基础上进行创新，设计具备更好治疗效果的药物。

药物分子的设计是一个不断创新、探索、实验的过程。

越来越多的新技术和新方法的引入和改进使得药物分子设计变得更加高效和准确。

今天的药物分子设计已经不仅仅是化学方法的应用，也需要有生物学、分子生物学、计算机技术、统计学等多学科的交叉，以提高药物的开发和创新。

总之，药物分子设计在生物科学中具有重要地位和作用。

药物分子设计的成功与否直接关系到药品的疗效、毒性、稳定性等方面，因此需要在药物靶标选择、药效评估、药物设计等方面进行综合考虑和优化。

药物分子设计的原理和策略药物分子设计是一种基于分子结构和药物-受体相互作用的研究方法，旨在寻找高效的药物化合物。

通过药物分子设计，可以研究分子的作用，分别确定其结构和功能，然后根据药物分子-受体之间的相互作用，实现对生物大分子的选择性识别和作用。

药物分子设计的原理和策略主要包括以下几个方面。

一、分子结构和活性关系原理化学元素的性质、分子结构和功能之间有着密切的关系，分子结构也对药物的生物活性起到了重要的作用。

分子结构和活性关系原理是药物分子设计的基础，通过研究分子结构和药物活性之间的关系，可以设计出更加有效的药物分子。

分子结构和药物活性之间的关系可以通过QSAR（定量构效关系）模型获得，QSAR模型可以通过对药物分子和活性分子进行参数的选取和统计分析，深入了解分子结构和活性之间的关系。

以此，可以实现对药物分子的高效优化，提高其抗疾病能力。

二、药物分子的设计策略药物分子的设计策略是实现药物分子优化的关键，其目的在于利用最优化方法来确定药物分子的位点，改善药物分子的性能，提高药物分子的活性和生物可行性。

药物分子的设计策略通常包括分子对接、基于构效关系的药物设计和自由基化学。

1.分子对接分子对接是一种通过计算机模拟器研究药物分子-受体相互作用的策略，其过程中利用计算机模拟器获得药物分子与受体之间的相互作用情况，从而设计出更加有效和选择性的药物分子。

在药物分子据对接阶段，分子对接软件可以较为准确的预测药物分子的结构和受体的结构，从而确定药物分子和受体之间的最佳柔性协同模式。

2.基于药物构效关系的设计策略药物分子设计的另一种策略是基于药物构效关系的设计策略。

该策略通过对同一药物分子系列进行结构优化，减少药物分子与受体之间的裂口，实现药物分子的选择性识别和作用。

药物分子的构效关系不仅可以通过理论推导和实验分析获得，还可以通过高通量筛选技术（HTS）和结构活性关系分析（SAR）等方法获得。

3.自由基化学策略自由基化学策略是一种基于化学自由基反应的分子设计策略。