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药物/候选药物细胞表型谱研究

作　者: 冯帆
导　师: 王莉莉
学　校: 中国人民解放军军事医学科学院
专　业: 药理学
关键词: 细胞表型 细胞表型谱 药物靶点 药物结构
分类号: R969.4
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


有效性和安全性不足是近年候选药物临床研究失败的主要原因。因此，在临床前研究全面探查候选药物作用机制、提高候选药物质量成为提高新药研究成功率的关键。多参数表型分析探查小分子化合物作用机制，在系统水平阐明其治疗效应及生物途径。细胞是生命体结构和功能的基本单位，也是药物应答的基本功能单位。细胞水平的多参数表型谱分析能够定量和动态地测定药物的作用靶点和信号通路，较其它分子水平的组学技术能够提供更为丰富和直观的药物作用信息，是近年来新药研究的一项革命性新技术。当前的主要问题是如何利用基于细胞水平的药效表型数据提高药物的药效，预测和减低其毒性。本研究的目的是通过药物/候选细胞表型谱分析，全面了解药物与候选药物的药理学作用特征，为候选药物的开发和药物重定位研究提供实验依据；通过建立受试药物结构或靶点与细胞药效表型、毒性表型的关系，探索建立药物/候选药物细胞表型谱的研究方法，为药物预测研究提供更具价值的实验依据。本课题采用高内涵筛选技术，选择特异性表达药物靶点或特定信号分子的30个分析细胞株和2组多参数细胞毒参数，检测了100个左右涵盖各类靶点或适应症的已上市药和候选药物对40种细胞靶点/信号通路表型（涵盖代表性靶点和主要信号通路）和21种细胞毒性表型（涵盖主要的细胞毒机制与细胞形态学变化）的影响。根据受试药物激活或抑制细胞表型参数的EC50/IC50值和EC25/IC25值，分析了受试药物的脱靶效应、未知作用机制及潜在毒副作用；采用网络药理学社团分析、AP聚类分析以及药效团分析等方法分析了受试药物靶点或结构与细胞靶点/信号通路表型、细胞毒性表型的关系。研究发现，（1）45%的受试药物存在1个以上明确的靶点外效应，靶点外效应在候选药物与上市药物中的比例相当。绝大多靶点外效应的作用浓度远高于其作用于自身靶点的效应浓度；（2）完成了11个在研候选药物的细胞靶点/信号通路表型谱以及肝细胞细胞毒多参数表型谱的评价。总体上，候选药物靶点的特异性较好，肝细胞毒性较低。发现PPAR/双重激动剂具有拮抗CB1R、激活S1P1的作用，是一个多靶点的胰岛素增敏剂。人乙肝病毒核衣壳蛋白抑制剂Z060228的肝细胞毒性需要关注。此外，噻吩诺菲有明显毒性， LL-SGC-001在较高浓度下具有诱发氧化应激的作用，其它候选药物不具有药理学意义的非靶点和毒性作用；（3）作用于Pre-casepase3的抗肿瘤候选药物的PAC-1和YCL-0426具有特异性诱导缺氧以及诱导DNADSB损伤的作用；多靶点蛋白激酶抑制剂舒尼替尼具有广泛地抑制细胞增殖信号途径和潜在的诱发炎性反应的作用；（4）HMG-CoA还原酶抑制剂洛伐司他汀、α-葡萄糖苷酶剂抑制剂阿卡波糖、L-Ca2+通道阻滞剂乐卡地平和氨氯地平、PPARα激动剂非诺贝特具有药理学意义的非靶点效应;（5）螺内酯、乐卡地平、异丙肾上腺素、组胺以及地塞米松具有明确激活AR的作用；（6）S1PR1和CBR1是脱靶效应最多的受体，脱靶分子主要是M-R、L-Ca2+通道和乙肝病毒核壳体等的配基；（7）PPAR激动剂影响CBR1、S1PR1、IGFR/AKT和Insulin/GLUT4表型，但不影响同属于核受体的类固醇类激素受体GR、ER、PR和AR等细胞表型。PPAR的激动剂可能具有激活转录因子NF-kB（P65亚基）的活性；（8）受试药物靶点与细胞靶点/信号通路表型的相关性较强；受试药物结构与细胞毒表型的相关性较强；（9）对同时影响同一靶点/通路表型的药物分析发现：M-R、L-Ca2+通道和乙肝病毒核壳体可能与CBR1具有类似的配基结合位点；PPAR与类固醇激素受体（GR、ER、PR和AR）不存在相同的配基结合位点，PPAR激动剂可能影响CB1R、S1P1、 Insulin/AKT和Insulin/GLUT4表型；不同类别的类固醇激素受体激动剂在不同的类固醇激素受体间有交互影响；PPARδ激动剂可能激活P65（NF-kB）；（10）聚类分析更能反映细胞毒性表型与受试药物结构的相关性，网络药理学的社团分析可能适用于分析细胞毒表型与药物靶点类型的相关性。总之，本研究工作探索建立了药物细胞表型谱的研究方法，为候选药物优化和老药的再定位提供了实验依据。

全文目录


缩略词表  7-10
中文摘要  10-12
Abstract  12-15
前言  15-21
第一部分 药物/候选药物的细胞靶点和信号通路表型特征的研究  21-99
  1.1 材料与方法  21-30
    1.1.1 仪器  21
    1.1.2 实验材料  21-26
      1.1.2.1 受试药与试剂  21-22
      1.1.2.2 细胞及培养条件  22-26
    1.1.3 实验方法  26-30
      1.1.3.1 细胞处理方式  26-28
      1.1.3.2 细胞成像  28
      1.1.3.3 图像分析及数据处理  28-29
      1.1.3.4 数据处理和统计学分析  29-30
  1.2 实验结果  30-99
    1.2.1 分析细胞 Z 因子考察  30-49
    1.2.2 受试药物对靶点/信号通路表型影响的概述  49-50
    1.2.3 受试药物对 GPCR 和 GPCR 信号通路的影响  50-64
    1.2.4 受试药物对 JAK/STAT/NF-kB 信号通路的影响  64-70
    1.2.5 受试药物对细胞增殖调控和细胞周期运转、DNA 损伤修复、氧化应激和缺氧损伤等相关信号通路的影响  70-80
    1.2.6 受试化合物对 IGF/IGFR/PI3K 信号通路的影响  80-87
    1.2.7 受试化合物对 MAPK 信号途径的影响  87-90
    1.2.8 受试化合物对核受体信号通路的影响  90-97
    1.2.9 受试药物对 Insulin 诱导的 GLUT4 细胞膜转位的影响  97-99
第二部分 药物/候选药物与细胞表型（靶点和信号通路）关系的研究  99-131
  2.1 材料与方法  99-104
    2.1.1 所选细胞表型在细胞信号通路网络空间分布的标注  99-102
    2.1.2 药物-细胞表型网络的构建  102-103
    2.1.3 受试药物和细胞表型（Targets and Pathway）关系的人工判读分析  103
    2.1.4 基于受试药物细胞表型的药效团分析  103-104
      2.1.4.1 数据准备  103
      2.1.4.2 化学计算  103
      2.1.4.3 结果输出  103-104
  2.2 结果  104-106
    2.2.1 受试药物靶点和所选细胞表型的分布分析  104-106
  2.2 受试药物及其靶点靶点与细胞 Pathway 表型关系的社团分析  106-131
    2.2.3 受试药物类别和细胞表型关系人工判读结果  118-127
    2.2.4 受试药物结构和细胞表型的关系  127-131
第三部分 药物细胞毒性表型谱研究  131-163
  3.1 材料和方法  131-135
    3.1.1 仪器  131
    3.1.2 实验材料  131-132
      3.1.2.1 受试药物与试剂  131-132
      3.1.2.2 细胞及培养条件  132
    3.1.3 实验方法  132-135
      3.1.3.1 受试药物多参数细胞毒性表型分析  132-133
      3.1.3.2 受试药物细胞骨架表型分析  133-134
      3.1.3.3 统计分析方法  134-135
      3.1.3.4 数据色带图的绘制  135
      3.1.3.5 聚类分析  135
      3.1.3.6 药物-细胞表型（毒性）网络的构建  135
  3.2 实验结果  135-163
    3.2.1 受试药物细胞毒性的总体作用  135-150
    3.2.2 药物靶点与细胞毒性表型的关系  150-163
      3.2.2.1 细胞毒表型的聚类分析  150-158
      3.2.2.1 细胞毒性表型的网络分析  158-163
第四部分 药物细胞表型技术应用-采用细胞表型分析识别激动雄激素受体的药物  163-173
  4.1 材料与方法  163-168
    4.1.1 仪器  163
    4.1.2 实验材料  163-164
      4.1.2.1 药物  163
      4.1.2.2 细胞  163
      4.1.2.3 试剂和材料  163-164
      4.1.2.4 抗体  164
    4.1.3 实验方法  164-168
      4.1.3.1 细胞及培养条件  164
      4.1.3.2 基于细胞表型分析在 U2OS 细胞上筛选对 AR 有激动活性的药物  164-166
      4.1.3.3 前列腺癌细胞 AR 转染与表达鉴定  166-167
      4.1.3.4 利用荧光素酶报告基因实验测定活性化合物对 AR 转录激活的作用153  167
      4.1.3.6 统计学分析  167-168
  4.2 结果  168-173
    4.2.1 受试化合物对 AR-EGFP 细胞核转位和颗粒形成作用的影响  168
    4.2.2 活性化合物促进 AR-EGFP 细胞核转位及颗粒形成的浓度效应关系  168-171
    4.2.3 前列腺癌细胞系 PC-3 和 LINCaP 中 AR 的表达鉴定  171-172
    4.2.4 活性化合物对 PC-3 和 LINCaP 细胞 AR 的激活作用  172-173
第五部分 药物细胞表型谱技术的应用-细胞表型谱技术用于全面探查RTK抑制剂舒尼替尼作用机制  173-183
  5.1 材料与方法  173
  5.2 实验结果  173-183
    5.2.1 舒尼替尼对 IGF/IGFR/PI3K 信号通路表型的影响  173-175
    5.2.2 舒尼替尼对 MAPK 信号通路的作用  175
    5.2.3 舒尼替尼对 STAT/JAK/NF-kB 信号通路的影响  175
    5.2.4 舒尼替尼对其他信号通路的影响  175
    5.2.5 依马替尼对细胞信号通路的影响  175-183
第六部分 讨论  183-201
  6.1 基于荧光成像的高内涵细胞筛选技术为多参数细胞表型分析提供了高效的方法  183-185
  6.2 药物与候选药物的细胞(靶点/转导通路)表型谱  185-192
  6.3 药物及其靶点与细胞表型的关系  192-193
  6.4 药物及其靶点与多参数细胞毒表型的关系  193-194
  6.5 细胞表型和药物结构的关系  194-195
  6.6 用细胞表型技术发现对 AR 有激动活性的药物  195-196
  6.7 利用细胞表型谱技术探查受体酪氨酸蛋白激酶抑制剂的作用机理  196-201
总结与展望  201-203
结论  203-205
参考文献  205-213
个人简历  213-215
致谢  215-217
附录  217-219
综述  219-235
研究论文  235-251

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中图分类: > 医药、卫生 > 药学 > 药理学 > 临床药理学 > 临床疗效试验
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