计算机辅助药物设计中的多维定量构效关系模型化方法

多维定量构效关系(MD QSAR)在计算机辅助药物设计中得到了广泛而成功的应用,结合本研究组的工作,本文系统综述了建立各种MD QSAR模型的方法和策略,对近年来有关的MD QSAR应用研究进展进行了回顾,并对其在新世纪药物设计中应用前景做了展望。

β微管蛋白中紫杉醇(Taxol)结合腔的性质分析

采用多拷贝同时搜寻法(MCSS),并结合现有微管抑制剂的SAR及3D-QSAR对β微管蛋白中Taxol(紫杉醇)结合腔的性质进行了分析.结构研究结果表明,Taxol结合腔以疏水性质为主,并指出官能团分布的具体位置:在Phe270上方(Leu361-Pro272-Leu273-Leu228之间)的弧形区域、Asp26羧基下方及其与G lu22羧基之间、M-loop的中部,以及Asp224内侧且靠近Arg276的胍基的位置.而Asp224的内侧又是新提出的结合位点.研究结果符合现有微管抑制剂的SAR,为现有抗肿瘤药物的结构改造以及小分子微管抑制剂设计提供了理论依据.

计算机辅助药物设计中用于建模的计算方法研究进展

通过检索国内外相关领域的大量研究文献,并结合作者的研究经验,综述了计算机辅助药物设计中计算方法的发展及其应用的最新进展,并对计算方法的选用原则进行了探讨,以期为从事CADD工作者合理选择建模计算方法提供有价值的参考。

计算机辅助药物设计的研究进展

近年来,随着生物信息学和计算机技术的飞速发展,计算机辅助药物设计(CADD)取得了巨大的进展。CADD是通过计算配体与受体的相互作用进行合理药物设计,包括基于结构的药物设计(SBDD)、基于片段的药物设计(FBDD)和基于配体的药物设计(LBDD)。本文对SBDD、FBDD和LBDD的研究进展进行综述。

抗肿瘤化合物WX-132-18B与微管蛋白的分子对接研究

目的利用计算机辅助分子对接技术预测WX-132-18B与微管蛋白的合理结合方式,为其结构衍生化和设计新化合物提供理论支持。方法通过软件DS3.0将微管蛋白与化合物2和3的复合晶体结构5OSK和6BR1相重叠,并将5OSK中的水分子W615嵌入到6BR1中形成新的蛋白结构6BR1′,然后利用DS3.0中的分子对接模块CDOCKER将6BR1′和WX-132-18B进行对接。结果WX-132-18B的最优构象与微管蛋白的结合能为-29.31 kcal/mol。其中,7-甲氧基-3,4-二氢喹吓恶啉-2(1H)-酮环中胺基上的氢原子作为氢键给体与水分子W615中的氧原子形成氢键,2-甲基喹唑啉环中1位的氮原子与水分子W675近端的氢原子形成氢键;同时,2-甲基喹唑啉环中的苯环与Alaβ314结构中的甲基形成σ-π相互作用。水分子W615和W675分别与氨基酸Asnα101、Thrα179和Valβ236、Cysβ239形成氢键,起到氢键传递的作用。结论WX-132-18B通过水分子在微管蛋白α、β亚基之间与关键氨基酸形成相互作用。2-甲基喹唑啉啉环处于经典微管蛋白聚集抑制剂中3,4,5-三甲氧基苯基(A环)的结合位置;7-甲氧基-3,4-二氢喹吓恶啉-2(1H)-酮环中的甲氧基苯基处于经典微管蛋白聚集抑制剂中甲氧基芳基(B环)的位置,其中的哌嗪-2-酮环除起到构象限制的作用外,还增加了与微管蛋白α亚基的相互作用。

基于计算机辅助设计的竹节参总皂苷改善HepG2细胞脂质代谢的作用及机制研究

目的研究竹节参总皂苷(TSPJ)改善人肝癌HepG2细胞脂质代谢的作用,基于计算机辅助药物设计,预测并验证TSPJ可能的作用靶点。方法应用棕榈酸(PA)诱导HepG2细胞脂肪变性模型,实验分为对照组、模型组、TSPJ(50.0、25.0、12.5 mg/L)组。5组细胞均培养24 h后,分别采用油红O染色和尼罗红染色定性、定量检测细胞内脂质积累情况;采用试剂盒检测细胞内三酰甘油(TG)的含量;采用计算机辅助药物设计预测TSPJ可能的作用靶点,用免疫荧光检测相关蛋白的表达。结果 PA浓度为100μmol/L处理细胞24 h可以造成HepG2细胞脂质积累模型,TSPJ可以显著改善HepG2细胞脂质积累(P<0.01),降低TG含量;利用计算机辅助药物设计预测TSPJ的作用靶点可能是雌激素相关受体;与对照组比较,模型组雌激素β受体(ERβ)表达水平降低,与模型组比较,用药组ERβ表达水平均升高。结论 TSPJ可以显著改善HepG2细胞脂质代谢,其作用靶点可能是ERβ。

整合素α_vβ_3受体配体的计算机辅助设计

肿瘤血管生成是肿瘤生长、浸润和转移过程中不可缺少的生物过程,整合素α_vβ_3对肿瘤血管生成起着重要作用。研发具有高亲和力和高特异性的整合素α_vβ_3受体配体在针对肿瘤血管生成进行靶向诊断与靶向治疗中具有重要意义。计算机辅助药物设计技术的问世,极大地推动了新型整合素α_vβ_3受体配体的研发。整合素α_vβ_3受体细胞外区X射线晶体衍射结构的获得为针对整合素α_vβ_3受体的药物设计奠定了基础。计算机辅助药物设计包括基于分子对接法(Docking)的直接药物设计和基于药效团的间接药物设计,Docking可预测配体-蛋白的相互作用、对受体-配体结合进行三维构效关系研究、设计具有高亲和力与选择性的新型配体。通过将小分子数据库与α_vβ_3受体(PDB号为1L5G)进行对接,筛选出具有较高亲和力的α_vβ_3受体拮抗剂-3(3-吡啶基)-3-[4-[2-(5,6,7,8-四氢[1,8]萘啶-2)乙基]吲哚-1]丙酸和3,4-二氯苯基双胍,后者与目前已知的配体具有不同的受体结合模式。在间接药物设计中,提出了以Arg的带正电荷的侧链、Asp的带负电荷的侧链和Gly的疏水基团为药效团特征的三点药效团模型和以氢键供体、氢键受体、芳环作用、疏水作用和负离子中心为特征的药效团模型,筛选出具有nM级及低于nM级亲和力的化合物。近年来,随着计算机技术的飞速发展,预测精确度更高的软件以及更为合理的设计方法,如5D-QSAR及6D-QSAR,正在研究中,这必将使药物设计更为准确、有效。本文对计算机辅助药物设计领域的研究现状和取得的进展进行综述。

基于计算机辅助药物设计的清肺排毒汤多靶点系统治疗新型冠状病毒肺炎(COVID-19)物质基础探究

目的通过对清肺排毒汤功效和新型冠状病毒肺炎(COVID-19)病机的分析,基于计算机辅助药物设计(CADD)从多靶点结构出发系统探索清肺排毒汤排毒、抑制炎症风暴、利水渗湿3个方面的物质基础和分子机制。方法 TCMSP下载清肺排毒汤成分,基于血管紧张素转化酶Ⅱ(ACE2)、白细胞介素-6受体(IL-6R)和水通道蛋白(AQP)分别进行分子对接虚拟筛选并对其结合模式进行分析。对利水药白术、茯苓、猪苓、泽泻进行反向靶点预测和GO分析和KEGG通路富集分析,预测其作用机制。结果阻断病毒作用最突出的前3位中药为甘草、麻黄、枳实,抑制炎症作用最突出的前3位中药是甘草、柴胡、紫菀;清肺排毒汤4个子方中,小柴胡汤阻断病毒、抑制炎症风暴的潜在活性化合物数均排第1。槲皮素及其衍生物对ACE2和IL-6R2个靶点均具有较强结合能力,是潜在的双靶点活性化合物。ACE2的Lys353残基是化合物与ACE2结合的关键位点。白术、茯苓、猪苓、泽泻缺乏阻断病毒、抑制炎症风暴的化合物,分子对接结果显示,这4味药材中含有的东莨菪内酯、去氢齿孔酸、α-D-半乳糖、环氧泽泻烯具有与水通道蛋白4(AQP4)的潜在结合能力。结论清肺排毒汤可通过多种化合物分别与ACE2、IL-6R、AQP4结合,发挥排毒、抑制炎症风暴、利水渗湿的作用;各组成子医方配伍合理,通过多点协同、优势互补发挥防治作用;得到了中药阻断新型冠状病毒(SARS-Co V-2)成分关键的结合位点Lys353,为清肺排毒汤药效机制的多角度挖掘和单体成分的现代化开发提供线索。

抗药物依赖药效团模型的构建与虚拟筛选

运用计算机辅助药物设计方法,基于多巴胺D2和D3受体部分激动剂构建具有抗药物依赖功效的药效团模型。再以该药效团模型作为提问结构,在天然产物数据库中进行虚拟筛选,利用分子对接技术,对筛选结果进行分析和评价,初步得到具有抗药物依赖功效的目标化合物。最后对目标化合物进行虚拟水溶性、肠道吸收性和血脑屏障通透性研究,为抗药物依赖新药的研发提供理论基础。

甲状旁腺素受体激动剂3D药效团模型的构建与应用

甲状旁腺素能增加人体骨密度和骨强度,是治疗骨质疏松症最有效的多肽类药物之一,但至今缺乏具有相应功能的小分子药物。根据计算机辅助药物设计原理,采用Discovery Studio 2.5软件包,以14个甲状旁腺素(PTH)受体激动剂及其突变类似物为训练集,利用活性构象限制的方法,采用HypoGen算法构建出具有活性预测功能的3D药效团模型。其中最好的药效团模型含有1个阳离子基团(PI),3个疏水中心(H)和1个氢键供体(HBD)。同时应用该模型成功预测出16个测试集分子的活性,经交叉验证表明该模型达到95%的置信水平,具有良好的活性预测能力。该药效团可以用于后续抗骨质疏松症小分子药物的筛选,指导相应的药物优化,同时所采用的限制构象的药效团生产方法为基于多肽的药物设计提供了一个新的思路。

定量构动关系及其在中药药效成分药动学研究中的应用与展望

在查阅国内外相关文献的基础上,初步讨论了定量构动关系研究与计算机辅助药物设计的相关关系,同时对其研究内容、研究方法以及影响其模型预测的因素进行了分析总结;着重论述了分子结构描述符的类型及其计算方法以及定量构动关系在中药活性成分药动学中的研究;对当前中药及其复方药动学的研究思路进行了简要概述,同时提出定量构动关系应用于中药复方药动学的研究思路,以期有助于推动中药的研究步伐。