计算机辅助药物设计在中药作用靶点研究中的应用

传统中药在我国有着近三千年的悠久历史,许多方剂至今仍被人们广泛用于临床。但由于中药作用机制及其靶点的不明确,阻碍了实现中药现代化的进程。计算机辅助药物设计(computer-aided drug design,CADD)是随着分子生物学、计算机科学等相应学科发展而研发的一种新的药物研究手段,CADD从理论角度出发,大大减少了药物研发的盲目性。本文就CADD的一些常用技术手段进行了综述,并对各项技术用于中药作用靶点研究的方法、策略以及应用实例进行了介绍。作为一种有效的技术手段,CADD在对中药作用靶点的预测以及推动中药现代化发展方面必将发挥重要作用。

4-氨基-1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类化合物抑制HIV整合酶链转移活性的主要微观结构因素探究

以25个4-氨基-1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类化合物为研究对象,利用遗传函数逼近法(GFA)构建了10个二维定量构效关系(2D-QSAR)模型,从中选取最优模型并检验其预测可靠性,并分析4-氨基-1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类化合物抑制HIV整合酶链转移活性的主要微观结构因素。结果表明,最优2D-QSAR模型的R^(2)=0.7776、Q^(2)=0.6421、r^(2)=0.87、(r^(2)-r′02)/r^(2)=0.01、k′=0.97、r^(2)_(m)=0.58,具有较高的稳定性和外部预测能力;热力学描述符AlogP、电拓扑状态描述符ES_Sum_sssN、ES_Sum_ssCH 2和空间描述符Shadow_nu是影响4-氨基-1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类化合物抑制HIV整合酶链转移活性的主要微观结构因素,其中Shadow_nu是最重要的微观结构因素。

中药化学数据库中HIVRT(NNRTI)/IN双靶点抑制剂的虚拟筛选

[目的]从天然产物中筛选人类免疫缺陷病毒(HIV)非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTI)和整合酶链转移抑制剂(INSTI)作用位点的双靶点抑制剂[RT(NNRTI)/IN]。[方法]运用分子模拟技术和计算机辅助药物设计(CADD)方法,构建HIV RT(NNRTI)/IN双靶点抑制剂分子相似性搜索模型、NNRTI和RT以及INSTI和IN对接模型,采用两种策略对中药化学数据库(TCMD)进行筛选。[结果]共命中与RT和IN对接得分均大于6的化合物35个,包括黄酮类、生物碱类、苷类、多酚类等,黄酮类化合物(15个)占到了42.86%。[结论]黄酮类化合物是开发潜在HIV RT(NNRTI)/IN双靶点抑制剂的主要来源,上述研究为天然产物来源的HIV双靶点药物发现提供了新线索。

基于分子对接技术研究漆酶与介质间的结合模式与相互作用机制

为深入研究漆酶-介质体系中漆酶与介质间的相互作用,基于分子对接技术计算模拟了变色栓菌漆酶与5种典型介质之间的结合模式,并在分子水平阐明了漆酶与介质的相互作用机制。结果表明,漆酶活性位点的Leu164、Asn264、Phe265、Gly392、Ala393、Ile455等氨基酸残基与介质发生疏水作用,Asp206与介质中的羟基发生氢键作用;漆酶与介质作用时His458远离了T1Cu,对漆酶氧化电势的提高具有较大贡献。为漆酶与介质结构的进一步改造以及从天然资源中挖掘新介质提供了理论指导。

新型HIV逆转录酶和整合酶双靶点抑制剂的虚拟筛选

目的构建3-OH HEPT类针对HIV逆转录酶非核苷类抑制剂作用靶点和整合酶的双靶点抑制剂[RT(NNRTI)/IN]药效团模型,对中药化学数据库(TCMD)进行搜索,寻找潜在的新型HIV双靶点抑制剂。方法从已知的3-OH HEPT类HIVRT(NNRTI)/IN双靶点抑制剂出发,构建药效团模型,基于药效团模型和Lipinski五规则对TCMD进行筛选,发现新的抗HIV双靶点抑制剂。结果构建的药效团模型包括6个药效特征基团,以符合6个药效特征基团中任意5个为条件,在测试集数据库中验证性搜索命中全部16个化合物,检出率达到了100%。利用所建的六点药效团模型和Lipinski五规则对TCMD筛选,得到符合条件的化合物229个,其中包含已知的抗HIV活性化合物。结论建立的药效团模型和筛选策略为后续研究打下了较好的基础。

漆酶-介质体系中介质的研究进展及应用

漆酶是一种多铜氧化酶,利用铜离子特性催化氧化底物,消耗氧分子最终生成水,其特征底物为酚类、芳胺类等物质。由于漆酶氧化电势较低、空间阻碍等因素限制了其应用范围。后来研究者发现,在漆酶中加入一类小分子物质在一定程度上拓宽了其作用底物范畴,且提高了其催化效率。加入的小分子称为"介质",漆酶与介质共同构成漆酶-介质体系(LMS)。目前,LMS在环保、纺织、造纸等领域显示出潜在的应用价值。本文将对近年来LMS中介质的结构特点、作用方式、催化机制及其应用等多方面的研究进展进行综述。

木质素降解产物用于漆酶-介质体系的结构理论研究

为从天然产物中寻找廉价、低毒、高效的漆酶新介质,利用分子模型和分子对接技术在分子水平研究木质素降解产物在漆酶-介质体系中与漆酶活性位点的结合模式与反应能力,以探明其结构特征。结果表明,10种木质素降解产物小分子介质酚羟基邻位取代基可保持与漆酶作用过程中介质构象的稳定,邻位取代基的给电子能力可增强介质自由基中间体的稳定性,介质酚羟基对位取代基的吸电子性有利于加强与Phe265间的π-π堆积作用,但对位取代基吸电子性过强反而不利于提高介质反应活性及苯氧自由基稳定性。该研究为新介质的发现及介质结构的改造与修饰奠定了理论基础与研究方向。

HPMTP缩L-苯丙氨酸乙酯席夫碱配体及其配合物的合成、结构表征和抑菌活性

目的合成1-苯基-3-甲基-4-甲基苯甲酰基-5-吡唑啉酮(HPMTP)缩L-苯丙氨酸乙酯席夫碱及其Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)金属配合物,并对合成的化合物进行结构表征和抑菌活性检测。方法通过元素分析、核磁(1H NMR)和红外光谱(IR)对合成化合物进行结构表征检测,采用琼脂扩散法测定化合物对大肠杆菌(革兰阴性菌)和枯草芽孢杆菌(革兰阳性菌)的抑菌活性。结果由1H NMR和IR数据推断出席夫碱配体及其金属配合物可能的结构;发现在1.25、2.50、5.00 g·L-1时,HPMTP、HPMTP缩L-苯丙氨酸乙酯席夫碱及其金属配合物对革兰阳性/阴性菌都具有抑制活性,其中浓度为2.50 g·L-1时抑菌效果最佳。抑菌能力的强弱是金属配合物>席夫碱配体>HPMTP,其中Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)配合物的活性最高。结论 Cu(Ⅱ)和Co(Ⅱ)配合物具有进一步研究开发为广谱抗菌药物的潜力。

漆酶与ABTS间的结合模式与作用机制研究

选择常见的电子转移介质2,2′-连氮基-双(3-乙基-苯并二氢噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)为研究对象,通过探究漆酶与ABTS之间的结合模式,在分子水平上揭示两者的相互作用机制,为发掘漆酶新介质、拓宽漆酶应用范围奠定理论基础。首先,基于分子对接建立变色栓菌漆酶-ABTS复合物模型;然后,与枯草芽孢杆菌漆酶-ABTS复合物晶体结构进行对比,综合两复合物结合特点,在分子水平上阐明漆酶与ABTS间的作用机制。结果表明,ABTS结构中的富电子基团深入活性位点,且靠近电子接收位点组氨酸;漆酶活性位点内多个中性氨基酸与ABTS发生疏水作用,稳定结合构象;最终在漆酶作用下ABTS生成阳离子中间体发挥介导作用。

抗HIV中药复方的优选及其小分子数据库的构建和类药性分析

目的优选抗HIV中药复方,通过复方小分子数据库的构建和类药性分析,为复方抗HIV活性分子研究奠定数据库基础。方法查阅文献和国内专利搜集抗HIV中药复方,优选复方确定研究对象,在中药系统药理学数据库和分析平台(traditional chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform,TCMSP)分别下载该复方单味中药化学成分,构建复方小分子数据库,并基于"Lipinski规则"进行类药性分析。结果检索得到48个抗HIV复方,其中单味中药组成明确的复方有11个,优选双黄连粉针剂为研究对象,构建双黄连粉针剂复方小分子数据库,命名为SHLMD,包括481个化合物,包含萜类(121个)、黄酮类(61个)、苯丙素类(31个)和有机酸及其酯类(23个)等11类化合物,以萜类和黄酮类化合物居多。基于"Lipinski规则"筛选得到323个化合物,组成的新数据库命名为Lipinski-SHLMD。结论双黄连粉针剂是适合优先展开研究的抗HIV中药复方,构建的SHLMD为双黄连粉针剂的分子研究奠定了数据库基础,利用"Lipinski规则"初筛突出了研究重点。

流感病毒神经氨酸酶抑制药的药理作用与临床应用

流行性感冒,简称流感,是一种由流感病毒(influenzavirus,IV)[1]引起的急性呼吸道感染,具有传染性强、传播快和发病率高等特点,婴幼儿、老年人,及存在心肺基础疾病或免疫力低下的患者等均属于高危人群,易引起肺炎或其他并发症而危及生命。

人参皂苷Rb1对慢性吗啡作用的SK-N-SH细胞的影响

目的:探讨人参皂苷Rb1对慢性吗啡作用的SK-N-SH细胞钙调蛋白激酶Ⅱβ(CaMKⅡβ)mRNA、蛋白及cAMP反应原件结合蛋白磷酸化(pCREB)表达的影响。方法:用终浓度为100 μmol·L-1的吗啡、不同浓度人参皂苷Rb1及终浓度为10 μmol·L-1的纳络酮,单独或共同作用于SK-N-SH细胞,采用RT-PCR、Western-blot及免疫组织化法分别研究人参皂苷Rbl对慢性吗啡及纳洛酮作用于SK-N-SH细胞时,CaMKⅡβmRNA、蛋白表达及核转录因子pCREB表达的影响。结果:与对照组相比,终浓度为100 μmol·L-1的吗啡,作用48 h可以显著增加CaMKⅡβmRNA、CaMKⅡβ蛋白及pCREB表达;吗啡作用完毕,再加入终浓度为10 μmol·L-1的纳络酮,作用30 min,CaMKⅡβmRNA、CaMKⅡβ蛋白及pCREB表达进一步增加;8 μmol·L-1、16 μmol·L-1、32 μmol·L-1的Rb1可以显著抑制上述指标。结论:人参皂苷Rb1可能通过调控CaMKⅡβmRNA、CaMKⅡβ蛋白表达及核转录因子CREB的磷酸化,对慢性吗啡作用的SK-N-SH细胞产生影响。

影响1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类HIV整合酶链转移抑制剂抗整合酶链转移活性的主要因素

目的探讨影响1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类HIV整合酶链转移抑制剂(integrase strand transfer inhibitors,INSTIs)抗整合酶链转移(integrase strand transfer,INST)活性的主要微观结构因素。方法采用遗传函数逼近法构建了10个1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类INSTIs的二维定量构效关系(2d-quantitative structure-activity relationship,2D-QSAR)模型,从中优选出最优模型,并据此探析影响抑制剂抗INST活性的主要微观结构因素。结果最优2D-QSAR模型的非交叉验证相关系数R^(2)为0.8555,留一法交叉验证相关系数Q^(2)_(loo)为0.7761,外部交互验证相关系数R^(2)_(e xt)为0.94,表明所建模型具有较好的统计学意义和稳定性。结论1-羟基-2-氧-1,8-萘啶-3-甲酰胺类INSTIs的抗INST活性主要与描述符JX、Dipole_mag、Jurs_PNS A_1和Strain_Energy相关,可为抑制剂的进一步合理设计提供理论依据。

肌巨蛋白影响肌肉收缩的分子结构基础

【目的】通过研究与肌肉收缩密切相关蛋白-肌巨蛋白(Titin)的结构特征,探索肌肉收缩的分子结构基础。【方法】采用随机构象搜索和分子动力学模拟退火等分子模拟方法,对Titin蛋白PEVK富含域中的PXXP基序(PVAP、PKKP、PEVP)进行构象搜索和构象分析研究。【结果】构象分析发现,上述PXXP基序的稳定构象集可分为折叠式和伸展式两组,且均以折叠式为优势构象,其中脯氨酸残基为反式构型,满足聚脯氨酸Ⅱ型(PPⅡ)左手螺旋的结构要求,具有可延展性。【结论】PXXP基序的可延展性是Titin蛋白PEVK富含域产生弹性,继而使肌肉产生弹性的分子结构基础。

多靶点药物的研究及筛选策略的提出

临床实践表明,对于复杂疾病单一靶点的药物通常很难达到良好的治疗效果,甚至会出现严重的不良反应。系统生物学从整体的角度出发,揭示生命的本质和疾病的发生发展过程,为研发防治复杂疾病的药物提供了新思路和有力工具,由此产生的多靶点药物是针对复杂疾病的有效治疗手段。本文将基于"药效团"模型法提出多靶点药物的筛选策略,并对抗HIV多靶点药物的研究做简要介绍。

天然产物来源的抗HIV-1多靶点抑制剂研究进展

在复杂疾病的治疗过程中,发现使用单靶点药物治疗越来越难得到预期的疗效。基于系统生物学和网络药理学的发展,对于复杂疾病的发病机制和病理过程的研究更加深入透彻,发现使用多靶点药物治疗复杂疾病能够克服单靶点药物的许多缺陷。多靶点药物包括多组分多靶点药物和单组分多靶点药物,而单组分多靶点药物较多组分多靶点药物更有优势。艾滋病的治疗是当今世界难题,先后采用单靶点药物和多组分多靶点联合用药(高效抗逆转录疗法)治疗艾滋病,但是由于病毒的高度变异性和药物严重的毒副作用制约了2种疗法的广泛应用,因此开发低毒、高效的单组分多靶点抗免疫缺陷病毒1型(HIV-1)药物成为治疗艾滋病的重要方向。抗HIV-1单组分多靶点药物主要通过合理药物设计合成或筛选得到,其中天然产物来源广泛,种类繁多,不乏抑制HIV-1的活性化合物,是发现抗HIV-1多靶点先导化合物的重要途径。对天然产物来源的具有多靶点抗HIV-1活性的化合物进行了综述。

运用计算模拟技术揭示黄芩素抗HIV的新机制(英文)

【目的】运用计算模拟技术,在分子水平揭示黄芩素抗HIV的新机制。【方法】基于药效团和分子对接等数据库搜索方法对抗HIV中药化学成分数据库进行虚拟筛选,得到潜在的抗HIV-1活性化合物;然后,利用分子对接技术得到抑制剂与靶蛋白的最佳结合模式,并从分子水平揭示其作用机制。【结果】虚拟筛选证实黄芩素是HIV-1逆转录酶和整合酶的抑制剂,分子对接显示其作用于HIV-1逆转录酶的核糖核酸酶H区域和整合酶的疏水区域。【结论】黄芩素是一个具有二价金属离子作用机制的、针对HIV-1核糖核酸酶H和整合酶的双重抑制剂。

HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂药效团模型构建及新抑制剂的搜索

【目的】构建I型人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)非核苷类逆转录酶抑制剂(nonnucleoside reverse transcriptase inhibitors,NNRTIs)的药效团模型,通过对中药化学数据库(traditional Chinese medicine database,TCMD)的搜索,在中药中寻找新型抗耐药的NNRTIs。【方法】从已知的NNRTIs与逆转录酶复合物的晶体结构出发,通过构象分析和药效团识别等方法,构建NNRTIs的药效团模型并检验其可靠性;基于药效团模型对TCMD进行数据库搜索,发现新型潜在的NNRTIs。【结果】从PDB中检索出2010年至2014年RT与NNRTIs复合物的晶体结构30个,从中抽提出其活性配体,建立了一个包含30个活性配体的小分子数据库;通过对上市药物TMC278和TMC125及高活性抑制剂DJZ的构象叠合和药效特征基团分析构建了新的NNRTIs药效团模型,该模型包含了5个药效特征基团;以符合这5个药效特征基团中任意4个为条件,在活性配体小分子数据库中验证性搜索出18个化合物,检出率为60.0%;基于五点药效团模型对TCMD进行数据库搜索得到272个化合物。【结论】以TMC278、TMC125和DJZ构建的五点药效团模型,以符合其中任意4个为条件,在活性配体小分子数据库中的检出率达到60.0%,表明所建药效团模型是可靠的。

H274Y突变型H5N1流感病毒神经氨酸酶对奥司他韦的耐药机制研究

【目的】揭示H274Y突变型H5N1流感病毒神经氨酸酶(Neuraminidase,NA)对奥司他韦(Oseltamivir,OTV)产生耐药的机制。【方法】利用BLAST序列比对工具和MOE软件的蛋白质结构比对模块,对野生型和突变型NA(PDB ID:3TI6和3CL0)的一级结构、二级结构、三级结构以及活性位点进行比对,在分子水平探讨H274Y突变型H5N1流感病毒NA对OTV产生耐药的机制。【结果】3CL0中S1区与OTV羧基形成氢键作用的残基由保守残基Arg292变为了非保守残基Asn347;在S2区增加了OTV与Ile222的疏水作用;由于受到突变后酪氨酸残基较大侧链对羟基苄基的空间位阻作用,3CL0中Glu276的空间形态发生较大变化,影响了活性位点S5疏水口袋的形成。【结论】3CL0活性位点S1区保守残基与OTV的氢键作用被非保守残基取代,S2区突变型NA与OTV之间的疏水作用增加,且突变残基的空间位阻影响了活性位点S5区疏水口袋的形成,均可能是造成H274Y突变型H5N1流感病毒NA对OTV耐药的重要原因。

HPMTP缩L-缬氨酸甲酯席夫碱及其配合物的合成、结构表征和抑菌活性

【目的】合成1-苯基-3-甲基-4-对甲基苯甲酰基-5-吡唑啉酮(HPMTP)缩L-缬氨酸甲酯席夫碱及其Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)金属配合物,筛选新型抗菌化合物。【方法】采用羰胺缩合法合成席夫碱配体,再采用分步合成法得到席夫碱配合物,通过核磁(1H NMR)和红外(IR)光谱进行结构表征,采用琼脂扩散法测定化合物对大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性菌)的抑菌活性。【结果】由1H NMR和IR光谱数据推测席夫碱配体主要以烯胺酮式结构存在,配体分别以亚胺N原子、吡唑啉酮的羰基O原子、酯羰基O原子与过渡金属离子配位形成ML2型中性配合物;发现在5.00、2.50、1.25 g/L三种浓度下,HPMTP、HPMTP缩L-缬氨酸甲酯席夫碱及其金属配合物对革兰氏阳性/阴性菌都具有抑制活性,其中浓度为2.50 g/L时抑菌效果较差。【结论】抑菌能力的强弱是金属配合物>席夫碱配体>HPMTP,其中Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)配合物的活性较好。