摘要：随着人工智能(AI)和计算科学的迅速发展,特别是人工智能药物设计(AIDD)与计算机辅助药物设计(CADD)技术的引入,自然语言处理、图像识别、深度学习和机器学习等多种技术为新药开发提供了革命性的新途径,大幅提升了研发流程的效率和成功率。在药物发现过程中,AI技术加速了药物靶点的识别、候选药物的筛选、药理评估及质量检验,有效降低了研发风险和成本。本文深入探讨AIDD和CADD技术在药物研发中的应用,分析它们在提升药物设计成功率和药物研发效率方面的思考与探索,并探讨这些技术的未来发展趋势及可能面临的挑战。

摘要：目的克隆粉防己Stephania tetrandra苄基异喹啉类生物碱生物合成途径中的细胞色素P450基因StCYP80G,进行生物信息学分析、表达载体构建和组织特异性表达分析。方法设计特异性引物,从粉防己cDNA中克隆得到StCYP80G编码蛋白的基因序列;利用生物信息学在线工具预测StCYP80G蛋白的结构域、理化性质和跨膜区等分子特征;利用MEGA11.0对氨基酸进行多序列比对和系统进化关系分析;通过同源重组法构建含有StCYP80G基因的重组质粒;采用实时荧光定量PCR技术分析该基因在粉防己不同组织中的相对表达量。结果StCYP80G基因开放阅读框长度为1458 bp,编码485个氨基酸,蛋白质相对分子质量为54770,预测其具有CYP450的保守结构域,含有跨膜结构域,可能定位在内质网上。氨基酸序列比对与系统进化树分析显示,StCYP80G与莲NnCYP80G、智利桂Ls CYP80G的序列具有同源性且一致度较高,推测StCYP80G与这2条序列具有相似的功能。StCYP80G基因在粉防己叶中表达量显著高于根中。质粒序列分析结果表明,重组质粒pESC-Leu-StCYP80G构建成功。结论StCYP80G基因的克隆、生物信息学分析、重组质粒的构建、以及组织表达特异性的研究结果,为进一步探究其在苄基异喹啉类生物碱生物合成途径中的功能奠定了基础。

摘要：聚酮天然产物包括10000多种具有广泛生物活性的分子,是获批临床药物中最著名的类别之一。已知活性先导化合物通常需要经过结构修饰改良其吸收、分布、代谢和排泄等特性,从而促进成药开发,但针对聚酮化合物的结构修饰极具挑战,需要应对聚酮骨架中大量的立体中心以及多个惰性碳原子,导致化学合成手段难以对聚酮骨架进行精准和高效的衍生化,因此,通过合成生物学方法实现其结构优化就成为了研究者们关注的热点。自然界中,绝大多数聚酮化合物主要由简单的乙酸盐和丙酸盐结构单元通过聚酮合酶组装而成,而少数存在的具有特殊结构单元的聚酮案例给了研究者以灵感——通过设置和引入非天然结构单元从而有选择性地高效改造聚酮结构。聚酮骨架的生物合成有赖于一个起始单元与多个延伸单元的组装,因此,通过人工设计延伸单元向聚酮引入预期结构被认为是精准高效改造聚酮的有力突破点。本文在此总结了近十年来报道的聚酮非天然延伸单元的三种重要的酶促合成方法,通过挖掘新颖的延伸单元合成酶并探索其底物宽泛性,或利用酶工程手段改造延伸单元合成酶的底物催化范围,获得了大量自然界不存在的延伸单元。此外,本文还归纳了利用非天然延伸单元对聚酮结构进行改造的案例,借助聚酮的天然合成途径或利用改造的合成途径达到预期目的。最后,作者讨论了该研究领域内存在的一些制约因素以及可优化的研究方向,包括聚酮合酶对非天然延伸单元的兼容性问题、非天然延伸单元的前体供给等。近年来,利用非天然延伸单元改造聚酮结构的研究兴趣和热度日益高涨,本文绘制了一份基于延伸单元改造聚酮结构研究的简明清晰的图谱,期望为加速聚酮类药物的高效开发打下坚实基础。

摘要：新冠病毒等多种包膜病毒的糖蛋白在天然状态下呈现三聚体形式。三聚体蛋白通常较单体蛋白具有更优的免疫原性。目前使用非人蛋白来源的Foldon等三聚体基序可促使目的蛋白形成稳定三聚体,但这些基序的强免疫原性会削弱目的蛋白的免疫应答,限制了其在疫苗抗原设计中的应用。在本研究中,发现并利用重组人源化Ⅲ型胶原蛋白(Rh3C)作为新型三聚体基序,利用合成生物学方法,与新冠病毒刺头(spike)蛋白受体结合域(RBD)融合表达后促使RBD形成三聚体。这种胶原-RBD(Rh3C-RBD)三聚体蛋白在免疫小鼠后,较RBD单体蛋白诱导产生了更高滴度的结合抗体和中和抗体。此外,我们还进一步验证了该Rh3C基序与流感病毒HA1蛋白融合后,较HA1单体蛋白可在小鼠体内诱导更强效的抗体应答。因此,这种新型的Rh3C基序,有望广泛用于三聚体疫苗抗原的设计和优化。

摘要：类器官芯片是21世纪新兴前沿交叉技术,其通过对人体细胞进行三维体外培养,使之发育为具有符合人体生理、病理条件,以及具有类人体器官功能的类器官。类器官芯片可集成于电子化芯片,在药物筛选及安全性评价、个性化诊疗、体外诊断等方面有广泛的应用空间。类器官芯片作为近年来新兴的前沿技术,和传统的基于细胞和实验动物的药物筛选方法相比,具备成本低廉、动物福利性好、准确性高、适用面广等优点,代表了药物筛选和安全性评估的未来发展方向。类器官芯片用于药物筛选,其背后蕴含了丰富的生物化学原理。将类器官芯片相关知识引入大学课堂,对医药类专业本科及研究生了解药物研发前沿热点,同时系统化理解原本零散的生物化学知识都有重要作用。因此,本文以类器官芯片为出发点,将介绍类器官芯片的概念、原理、构建方式及其在药物筛选中的应用,并展望其未来发展前景。同时立足类器官芯片在细胞生物学、药物化学、生物化学、电子信息科学等领域的多学科交叉特点,分析其背后的生物化学原理,并结合“生物化学”教学进行8课时的课程设计建议,以适应新时代医药类创新人才培养的课程要求。

摘要：口服是目前最常用的给药途径。口服制剂的处方和制备工艺通过合理设计和优化,可以起到对药物的增溶、缓控释等效果,从而实现提高口服生物利用度、增效、减毒或个性化给药。然而,目前药物制剂的处方和制备工艺优化仍高度依赖于传统的试错试验和经验数据,既耗时、费力、成本高,又难以预测。近年来蓬勃发展的人工智能技术有望实现口服制剂处方的高效、系统设计。基于已有的口服制剂实验数据,通过人工智能建立预测模型,可达到预测口服制剂相关指标和优化口服制剂处方和工艺参数的目的。文章总结了人工智能辅助口服制剂开发的基本原理和应用,对人工智能在口服制剂领域的应用前景进行探讨和展望,为人工智能进一步加速药物制剂研发提供参考。

摘要：化疗药物的非特异性蓄积和释放是影响其治疗效果以及引起不良反应的主要原因。现阶段,将药物纳米制剂化并且进行响应性释药设计是提高药物肿瘤特异性蓄积量和降低其不良反应的重要策略。本研究首先合成了一种α-烯醇化酶靶向肽修饰的共价荷载奥沙利铂前药的聚乙二醇聚赖氨酸嵌段共聚物,通过相转透析法制备了载药聚合物包覆的四氧化三铁纳米粒,以提高奥沙利铂的循环稳定性及肿瘤靶向性。在体外和活体水平对靶向修饰的载药四氧化三铁纳米粒的物理化学性质、还原响应药物释放、细胞摄取和肿瘤靶向等生物学功能进行了相关研究。体外的还原响应释药、肿瘤靶向摄取及摄取抑制考察结果显示,在模拟肿瘤细胞浆微环境的还原条件中,载药纳米粒可实现3 h内超80%的奥沙利铂原型药物的快速释放;流式细胞术的结果显示,靶向多肽的修饰能够增加肿瘤细胞对载药纳米粒的摄取量,并且靶向载药纳米粒主要是通过受体蛋白和小窝蛋白介导的能量依赖的内吞途径被肿瘤细胞所摄取的。所有动物实验操作均通过复旦大学药学院实验动物伦理委员会批准并遵循相关管理规定。药物动力学实验结果显示,纳米制剂化能显著增加奥沙利铂的平均药时曲线下面积(AUC_(0-∞)),约为游离奥沙利铂的5倍;同时,药物动力学考察结果还表明通过共价连接及螯合的方式所构建的载药四氧化三铁纳米粒具有较好的体内整体稳定性。活体成像结果显示,靶向修饰能够提高载药纳米粒的在体肿瘤蓄积量,这将有利于奥沙利铂在肿瘤部位的疗效发挥。综上,构建的还原响应载奥沙利铂的四氧化三铁纳米粒具有较好的还原响应释药特性、循环稳定性及肿瘤靶向性,具有提高奥沙利铂抗肿瘤治疗效果的潜力。

摘要：脂质纳米载体是经典的药物递送系统之一,具有良好的生物相容性和生物可降解性,可以有效降低抗肿瘤和抗感染药物的毒副作用,但在增强治疗效果上远未满足临床需求,临床应用仍然十分局限。脂质纳米药物体内过程复杂,与机体发生相互作用后载体自身也会诱发机制不明的生物学效应,导致药物体内性能异于设计预期,严重阻碍临床转化。深入研究脂质纳米药物本征性质、体内递送过程及机体调控机制,不仅为载体的理性设计提供指导,也将助推新型脂质纳米药物的临床转化及精准用药。本文分别从脂质纳米药物体内递送过程、影响因素和调控手段三个方面进行综述,为脂质纳米药物相关研究提供参考。

摘要：蛋白质是各类生命活动不可缺少的承担者,其序列决定了折叠后的三维结构和功能。这些具有特定功能的蛋白质在生物医学等多个领域具有重要的应用价值。计算蛋白质设计可以根据所需的蛋白功能和结构设计氨基酸序列,生成自然界中不存在的蛋白质。传统计算蛋白质设计通常采用能量函数和特定的搜索优化算法获得设计的序列。近年来,随着先进算法的发展、大数据的积累和计算机硬件算力的增长,人工智能技术得到了蓬勃发展,并逐渐应用于蛋白质设计领域。本文综述了近年人工智能在蛋白质结构设计中的进展,侧重于各类算法的介绍,从固定骨架设计、可变骨架设计和序列结构生成三个方面回顾了最新的蛋白质结构设计算法,并阐明了其相对于传统计算方法的新颖性和创新性。在人工智能技术的赋能下,蛋白质设计的成功率和合理性获得大幅提高,按需功能蛋白设计的时代即将到来。

摘要：生命受细胞内复杂的代谢过程控制。科学界正在进行的努力之一是研究和理解这些动态生化反应以及生物分子在维持生命中的作用。荧光探针具有操作简单、成本低、灵敏度高、可在活体中多通道和实时可视化等优点,已被广泛用于分析物在生理和病理过程中的可视化研究。然而,多数荧光探针只可响应单分析物,不适于复杂生物体系中多分析物的分析检测。近5年来,以1,8-萘酰亚胺为荧光报告基团的多分析物荧光探针在生物或环境领域得到了快速的发展。依据探针荧光发光机制,本文将其分为单发光机制(PET、ICT和FRET)、双发光机制(PET-ICT、PET-FRET和ICT-FRET等双机制协同作用)等方式,综述了国内外基于1,8-萘酰亚胺的多分析物荧光探针在设计策略、识别过程、光学性质和细胞成像等方面的新进展,并对此类荧光探针的发展趋势和挑战进行了展望。