化学生物学与药物研发浅议

摘要：化学生物学是化学与生物学不断交融，于20世纪90年代中期形成的一门新的前沿交叉学科。化学生物学通过研究生物活性小分子与生物体靶分子间的相互作用，从而阐明各种生理和病理过程的分子机制，为开发新颖药物提供新的途径。探讨化学生物学与药物研发的关系，有利于课堂教学及学生业外科研活动的开展。

关键词：化学生物学；药学；药物研发；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）10-0201-02

化学生物学是近年来出现的新兴研究领域，是用化学的理论、研究方法和手段从分子或亚分子水平去探索生物医学问题的一个新的研究领域。是一个有活力、有应用前景的新学科。化学生物学的产生是化学学科发展的一个必然结果，也是药物化学发展的需求。它的诞生和发展为化学、生物、医学、药学等各个学科带来新的发展机遇，已经引起了科学家们广泛的关注[1]。

中南民族大学药学院的化学生物学专业的组建，可以为药学、医药和制药工业的发展培养一大批人才。然而，化学生物学作为一门新兴的交叉前沿学科，还需要我们系统地回顾它的诞生和发展过程，辨析化学生物学与生物化学、分子生物学的联系与区别。尤其是深入探讨化学生物学在基因（蛋白）功能研究、药物作用靶标的发现以及新药先导化合物的发现等方面的问题，进而使这一新型的学科得到更为广泛深入的认识及研究，促进我院化学生物学专业的教学及学生的业余科研活动的顺利开展。本文中，我们将对以上几个问题进行探讨。

一、化学生物学的诞生及与生物化学、分子生物学的联系和区别

化学生物学作为一个新兴的交叉前沿学科，有其独特的科学内涵。回顾自然科学的发展历史，化学与生物学两大学科在历史的发展长河中有着密切的联系。而化学生物学是化学与生物学不断交融，于20世纪90年代中期形成的一门新的前沿交叉学科。随着新的概念和技术的发展，人们已能合成自然界发现和鉴定的任何复杂的天然化合物，并且在此基础上能够设计和合成具有特定性能的新颖化合物。化学家尝试用外源性活性小分子（包括天然化合物）为探针，去探索生命体中的分子间相互作用和细胞发育与分化的调控作用及其所包含的分子机制。于是，利用化学的理论、研究方法和手段来研究生物学、医学问题的一门交叉前沿学科——化学生物学诞生了[2，3]。

化学生物学、生物化学、分子生物学都是化学与生物学结合的产物，三者之间既紧密相关又有所不同。如生物化学与化学生物学都是利用化学方法和技术研究来揭示生物体的奥秘。但是两个学科的出发点绝然不同，生物化学是以内源物质为主要研究对象，包括蛋白质、糖类、脂质、核酸以及体内参与生理过程的有机小分子和无机离子等。通过对固有内源分子的结构、代谢、功能的研究，揭示生命的本质；而化学生物学却立足于外源分子，尤其是外源小分子。化学生物学是利用外源化合物以及有关的各种技术和方法，对生物体（包括基础的组成分子、细胞、组织及整个机体）进行全方位的研究，以期揭示更多的生物学奥秘的综合的交叉学科。

分子生物学采用定点突变的方法来改变生物分子如蛋白质和核酸的功能。而化学生物学是采用化学的手段，如运用小分子或人工设计合成的分子作为配体来直接改变生物分子的功能，他们认为这是化学生物学这一领域的核心。

二、化学生物学与新一代的药物研发

药物研发是伴随着人类发展繁衍整个过程的重要问题。在古代，人类多是以神农尝百草的方式，根据生产生活的经验或偶然发现，寻找到具有一定治疗作用的植物、动物及矿物。随着科技的发展，人们通过化学合成及天然产物提取，开始自主性地、有意识地开发药物。并通过动物实验的应用，研究药物的毒副作用、药物代谢及机制等问题，进行药物的筛选。然而动物实验消耗时间长、劳动强度大、操作技术要求高，并且需要的受试样品量大，限制了此类方法在药物研发的使用。近年来，基于化学生物学的新型药物研发模式，越来越受到人们的关注。90年代中期以来，化学制药业的繁荣和新颖小分子化学药物的产业化速度的大幅度提高，无不直接或间接得益于这一学科的发展。

化学生物学是从全新的角度对药物开发的介入[4]。它融合了传统的天然产物化学、生物有机化学、生物无机化学、生物化学、药物化学、晶体化学、波谱学和信息化学等多个相关学科的理论、技术和研究方法，从更深层面去研究生命现象和生命过程[5]。化学生物学作为药物研发的新型手段，具有即时性、可逆性、梯度可调性、可操作性等优点。从药物研发所需的时间和金钱的投入角度来看，化学生物学可以缩短药物研发周期，提高成功效率，有助于发现新的药物靶点，将会给药物研发带来翻天覆地的变化。第一个完全采用化学生物学技术发现和优化的药物是恶唑烷酮类抗生素，并于2001年在美国获得批准上市。它的研制前后共花费9年的时间，与传统新药开发平均时间相比节约了4～6年。这一实例充分证明化学生物学在缩短药物研发周期中的优势。

三、发展我院特色化学生物学的展望

基于化学生物学在化学、生物、药学、医学等各学科的应用前景，国外一些著名的研究机构或大学纷纷组建了化学生物学专业和研究机构。1995年，哈佛大学首先将其化学系改名为化学与化学生物学系，康奈尔大学随后建立了化学生物学研究所。北京大学化学与分子工程学院、药学院在我国首先成立了化学生物学系[1]。许多大学也相继成立了各种化学生物学方面的实验室和研究所。开设化学生物学专业的高校逐渐增多，仅湖北地区，除我校在药学院开设的化学生物学专业外，还有武汉大学、华中师范大学、湖北大学以及三峡大学等四所高校开设了此专业。客观而言，我院化学生物学的专业研究实力与国内外著名学府还存在相当大的差距。如何将中南民族大学药学院的化学生物学专业建设成为一个特色专业、品牌专业，是一个值得我们深思和探讨的问题。

发展化学生物学，必须发现和得到大量新的化合物。新化合物的两大来源是：自然界发现新的化合物以及人为设计合成的化合物。人为设计合成化合物，盲目性较大、耗时长、研究成本较高，特别是新型化合物的药理毒理性质需要长期的研究。相对而言，中草药以及各少数民族药物是祖国医药的宝贵遗产，是人类在长期的生产生活实践中的总结，有一定的药性药理指导作用。民族药包括中草药的本质是一群组合的天然化合物。我院的天然产物化学研究实力比较雄厚，可以将其与化学生物学研究结合，发掘的药物靶点与先导化合物，抢占了这一新兴领域的制高点，可以打造出我院特色品牌专业，同时也有利于化学生物学人才的培养！

参考文献：

[1]马林.如何从化学学科的角度理解化学生物学的内涵[J].化学进展，2006，18（4）：514-518.

[2]吴厚铭.化学生物学——新兴的交叉前沿学科领域[J].化学进展，2000，12（4）：423-430.

[3]赵先英.刘毅敏.覃军.季卫刚.王祥智.化学生物学的发展历史与现状[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2004，6（2）：129-130.

[4]王世敏.宋功武.李玲.化学生物学的科学内涵及其发展[J].湖北化工，2002，（4）：1-3.

[5]沈家骢.吴玉清.化学生物学中识别与组装的若干问题[J].化学进展，2007，19（12）：1839-1843.

[6]李晓华.陈峰.建立药用植物化学生物学技术平台浅议[J].世界科学技术，2009，11（4）：493-498.

[7]陈国强.活性小分子化合物和白血病：化学生物学研究[J].中华医学杂志，2007，87（20）：1369-1371.

[8]张涛.徐文方.以金属蛋白酶APN/CD13为靶点的抗癌药物的化学生物学研究[J].中国药物与临床，2004，4（9）：660-663.

基金项目：中南民族教改项目（JYX13002），民族药学实验教学中心资助。

作者简介：赵丹，女，讲师，博士，湖北枣阳人，中南民族大学药学院化学生物学教研室。endprint