疟疾是凶险的疾病之一，目前在已知的疟原虫当中恶性疟原虫最为凶险，绝大多数死亡皆由恶性疟原虫造成，受害者大多数为5岁及以下儿童。自从1996年以后，国际上尚未出现治疗效果确切、化学结构新颖的抗疟药物。造成这种现象的原因是一方面缺乏抗生素研究与开发的思路，另一方面疟疾的危害性还未能充分得到公众的认识。目前最新结构的抗疟药物要数青蒿素类药物，但由于疟原虫产生抗药种群导致疟疾的防治形势严峻。

    基因组革命未能给疟疾的防治带来启发，同时新化学实体抗生素也缺乏全细胞层面的活性，导致以靶点为基础的先导化合物发现效果不佳。为了获得新的化学实体以获得新的治疗思路，葛兰素史克制药公司（GlaxoSmithKline，GSK）的工作人员测定了一系列大约200万种化合物。这些化合物中的13533种有较好的抗寄生虫活性，其中80%有效剂量在2μM以下。仅有15%的化合物具有细胞毒性。所有的化合物都具有疟原虫活性，82%的化合物是第一次报道。

    这项研究始于2009年年初，所有的化合物均为特异性的抗疟原虫化合物。除了活性物质的筛选之外，研究者们还测定了它们之中的139种化合物盐。这13533种化合物以母核为标准可分为68类。研究者以GSK位于马德里的Tres Cantos 学院命名整个数据库Tres Cantos antimalarial compound set（TCAMS）。化合物的筛选采用实验室疟原虫种系3D7及抗药性种群Dd2。与预料的相同，氯喹类及叶酸拮抗剂对3D7效果较好，而Dd2效果不理想。这种外排的主因是细胞表面过度表达了多药耐药基因Pfmdr1。

    对化合物进行416因素的聚类分析，所有的TCAMS化合物可被分为857类和孤类（少于3个化合物）。指纹聚类的好处是详细分析化合物——活性相关性，并可推广以获得更大的化学多样性。研究者的理论是具有相似化学结构的化合物具有类似的活性，尽管理论并不完全正确，但却是项目开始降低工作量的基本选择。

    从物理化学角度看，获得的化合物中效果较好的化合物都有较大的分子量，水溶性也较好。现象的原因不易判断，但可以肯定的是这些优势是细胞间靶点所必需的。同样的道理，做成注射剂剂型的化合物要比普通来源的化合物更好，有效率分别为82%及50%。

    根据GSK之前的数据，工作人员建立了一种可验证的假设。研究者发现这些化合物中有4205种具有明确的人类（3545种）及微生物（770）活性。这些化合物多为非特异性的酶或受体的拮抗剂。虽然化合物具有这种特性，研究人员仍然保留这些化合物。取而代之的是采用一种评分方法，即研究者所称的“富集法”。例如某种靶点存在于两种以上化合物的评价之中而又高于其他频率的两倍以上，研究人员就认为这个靶点与抗疟活性相关。如果将两类不同的靶点所形成的化合物进行聚类分析，那么研究者又可以对化合物进行基于配体的先导化合物优化，由此形成新化合物。

    为验证富集法的准确性，研究人员测定了每种靶点基因的表达活性，每种筛选出来的化合物在疟原虫生命各个不同时期均有不同程度的作用。除此以外研究者还重构了人与疟原虫系统发育的基因树。虽然在之前的研究中某些化合物具有抗疟活性但并不明显影响疟原虫同源基因如G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor，GPCR）。最简单的解释就是这些化合物通过其他靶点杀灭疟原虫而与GPCR无关。有趣的是，某些疟原虫维持结构和功能必需的蛋白与人类相关蛋白结构极为相似，但基因序列完全不同。这与以前研究中至少两种候选跨膜蛋白与孤儿GPCR结构相似但测序并不吻合。这说明某些药物进攻特定的红细胞靶点也是活性机理之一。

    从现在开始，这些化合物的结构将公布在公共网站上，供科学界使用。这是制药公司首次公开如此多的分子的结构，为公众开放这类具抗疟活性的化合物有助于解决更多研究机构未来的抗疟物质研究。这项研究也为其他类型的药物研究提供了范式。（编译：李秋实）

参考文献：《Nature》2010;465:305-312