配体-受体相互作用的计算机模拟及其在药物设计中的应用

配体－受体相互作用在许多生物过程中起重要作用，计算机分子模拟技术和理论化学计算方法在配体－受体相互作用研究中得到了广泛的应用。本文综述了有关配体－受体相互作用分子模拟和理论计算的常用方法及其在药物设计中的应用。

肿瘤坏死因子受体/配体凋亡信息系统的研究现状

肿瘤坏死因子 (TNF)家族和肿瘤坏死因子受体家族 (TNFR)这种配体 -受体间相互作用在诱导肿瘤细胞凋亡中的作用及其应用价值有些已被证实。对肿瘤细胞的杀伤机制是由多种分别具有正调和负调作用的配体 /受体间相互作用所介导的。深入探讨这些凋亡诱导配体的生物学功能 ,对新型肿瘤生物治疗的形成具有重要意义 。

基于网络药理学研究三棱-莪术药对治疗肝细胞癌的作用机制

目的:应用网络药理学的方法,研究三棱-莪术药对治疗肝细胞癌的作用机制。方法:通过中药系统药理数据库及分析平台(TCMSP)数据库以及手工查阅相关文献,搜集并整理三棱-莪术药物的活性成分及其靶标。通过人类孟德尔遗传数据库(OMIM)和人类基因数据库(Genecards)获得三棱-莪术药对治疗肝细胞癌潜在的靶标基因。使用Cytoscape 3.7.2软件建立相应的“成分-靶标”网络。结合String(functional protein association networks)数据库,构建其蛋白质相互作用网络。运用Bioconductor工具、R统计编程软件进行三棱-莪术药对的作用靶标进行相应的基因本体论(GO)分类富集分析以及京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:共筛选得到6个活性成分,包括豆甾醇、β-谷固醇、丁芒柄花黄素等和39个作用靶标,包括雌激素受体1、雄激素受体、核受体共激活剂2、核受体亚家族3C组成员1、孕激素受体等,主要涉及神经活性配体-受体相互作用、雌激素信号转导途径、胆碱能突触等主要信号通路。结论:本研究基于网络药理学的方法初步预测了三棱-莪术药对治疗肝细胞癌的可能作用机制,三棱-莪术治疗肝细胞癌主要通过神经活性配体-受体相互作用、雌激素信号转导途径、胆碱能突触等信号通路发挥作用。

膜上相互作用对平板双分子层脂膜电性质的影响

以平板双分子层脂膜作为生物膜的简单模型 ,建立用平板双分子层脂膜电性质研究药物 -生物膜相互作用的方法。研究以具有典型特征的物质 -表面活性剂、自由基、金属手性配合物与平板膜的相互作用引起膜电性质的规律性改变 ;重组人B型血红细胞膜与溶液中抗B单克隆抗体发生特异相互作用时 ,膜电阻快速下降 ,下降的速率与加入的抗体量成正相关。在研究发生在平板膜上的典型反应的基础上 ,通过对膜电性质的监测和分析 ,从而确认平板双分子层脂膜能够成为研究药物 -生物膜相互作用和药物跨膜渗透的有力工具。

入侵疟原虫与红细胞膜的相互作用

疟疾是广泛传播的人类严重寄生虫病。近十年来,从分子水平探索疟疾的发病机制和治疗、预防手段都取得了可喜的进展,尤其恶性疟原虫全基因组的成功测序为疟疾疫苗的设计和试制开拓了新途径。该文就疟原虫裂殖子入侵红细胞表面过程的生化背景,裂殖子与红细胞的配体-受体相互作用,疟原虫向红细胞输出的蛋白质,以及疟疾感染所致红细胞的遗传障碍等方面的近期有关报道作一简介,试图从细胞与分子机制讨论被感染红细胞的膜蛋白与膜骨架的某些改变。

独脚金内酯信号感知揭示配体-受体作用新机制

植物激素在调控细胞与细胞及细胞与环境的相互作用中起着至关重要的作用。作为一种信号分子,植物激素如何被植物细胞感知一直是植物生物学研究的热点。与底物-酶相互作用的结果不同,激素分子与受体结合后会触发信号转导,但激素分子一般不会被受体修饰,信号转导起始后激素分子通常会从复合体中释放出来被重新利用或降解。近期,我国科学家通过对独脚金内酯及其受体复合体(AtD14-D3-ASK1)的结构学解析,发现独脚金内酯的生物活性分子CLIM(covalently linked intermediate molecule)是独脚金内酯被其受体水解后得到的中间分子。研究表明,CLIM与受体AtD14的催化中心以共价键相结合,进而激活其信号转导。该研究揭示了一种全新的"底物-酶-活性分子-受体"激素识别机制。这种配体-受体作用新机制的发现为植物激素研究开拓了新的视野。

基于网络药理学的僵蚕主要药效作用研究

目的:通过网络药理学方法探讨僵蚕的主要药效作用机制。方法:利用化学专业数据库及文献收集僵蚕的化学成分,借助中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)以及Swiss Target Prediction数据库获得僵蚕化合物潜在作用靶点,结合TTD、DisGeNET等生物信息库及僵蚕现代药理作用将靶标映射在相关疾病上。运用Cytoscape构建药材-成分-靶点-疾病网络模型,并应用DAVID数据库基于KEGG通路分析僵蚕作用机制。结果:僵蚕39个化学成分共作用451个靶点,主要富集在糖尿病、哮喘、肿瘤、疼痛类疾病方面,其中27个化合物和20个靶点是网络中的关键节点。僵蚕以代谢通路、神经活性配体-受体相互作用、PI3KAkt信号通路、钙信号通路、cAMP信号通路、癌症通路等为主要作用通路。结论:僵蚕可通过多成分、多靶点、多通路治疗糖尿病、哮喘、肿瘤、疼痛类疾病。

麦门冬汤抗肺纤维化作用机制的网络药理学研究

目的:采用网络药理学方法探讨麦门冬汤治疗肺纤维化的潜在作用机制。方法:通过中药分子机制的生物信息学分析工具(BATMAN-TCM)、中医药百科全书数据库(ETCM)获取麦门冬汤的化学成分和潜在作用靶点;通过治疗靶点数据库(TTD)、人类的非线性孟德尔遗传数据库(OMIM)、DRUGBANK数据库获取肺纤维化相关的作用靶点。采用Cytoscape3.6.2软件绘制单味药-成分-共有靶点网络;采用STRING数据库并结合Cytoscape3.6.2软件绘制关键靶点相互作用图;采用David 6.8数据库进行基因本体论(GO)分析与京都基因和基因组数据库(KEGG)通路分析。结果:获得麦门冬汤392个成分,2682个潜在靶点,98个肺纤维化相关靶点,麦门冬汤和肺纤维化共有靶点49个。对单味药-成分-共有靶点网络进行网络参数分析,筛选出24个麦门冬汤抗肺纤维化的主要作用靶点。GO及KEGG分析显示,麦门冬汤抗肺纤维化的主要靶点涉及119个生物学过程,28个细胞组分,27个分子功能以及12条信号通路。结论:麦门冬汤抗肺纤维化作用可能与5-羟色胺受体(5-HTR)、转化生长因子受体(TGF)等密切相关,麦门冬汤可能通过调节神经活性配体-受体相互作用通路、钙信号通路、环磷酸腺苷(cAMP)信号通路发挥抗肺纤维化作用,有待于进一步实验验证。

小建中汤治疗抑郁症作用机制的网络药理学研究

目的基于网络药理学探讨小建中汤治疗抑郁症多靶点、多通路的作用机制。方法采用计算机检索TCMSP,PubChem,Swiss TargetPrediction数据库,筛选小建中汤治疗抑郁症的潜在活性成分及作用靶点,运用Cytoscape 3.8.0软件构建潜在活性成分-靶点网络;检索GeneCard,OMIM,DisGeNET数据库,获取与抑郁症相关的靶点,通过Uniport数据库校对靶点基因名;运用String数据库确定核心靶点;使用Metascape在线分析工具,并通过GO富集分析和KEGG通路分析构建蛋白互作网络。结果从小建中汤中筛选出68个活性成分,包括荷叶碱、可可碱、左旋千金藤啶碱等;共得到144个与抑郁症相关的重合靶点,根据网络节点自由度筛选出核心作用靶点基因36个,包括雌激素受体1、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1、乙酰胆碱酯酶、单胺氧化酶B等;通过生物过程GO富集分析获得信号通路630条,包括化学突触传递、G蛋白耦联受体信号通路、与环状核苷酸第二信使耦联等;通过KEGG通路分析获得核心靶点的相关通路31条,包括神经活性配体-受体相互作用、血清素能突触、钙信号、多巴胺能突触、环磷酸腺苷(cAMP)等通路。结论小建中汤治疗抑郁症具有多靶点、多途径、多通路的特点,可能通过神经活性配体-受体相互作用、血清素能突触、钙信号、多巴胺能突触、cAMP等通路发挥抗抑郁作用。

通过计算方法预测甜菊糖苷的甜味和苦味

通过计算模拟软件,对一系列甜菊糖苷与人体味觉受体间的相互作用进行了研究。建立了人体甜味受体(hT1R2,hT1R3)和苦味受体(hT2R4)的同源模型,通过Ramachandran图和其他质量参数来验证模型的可靠性。将味觉受体模型与天然甜菊糖苷分子进行对接,分析了对接过程中的能量变化和相互作用,发现对接结果与甜菊糖苷的甜味与苦味明显相关,可通过该计算方法来预测甜菊糖苷的风味。此外,味觉受体的空间位阻是导致甜菊糖苷C-13和C-19位上的葡萄糖基数量改变对其风味造成不同影响的主要原因。预测了数种改性甜菊糖苷的风味并挑选出可能的优质甜味剂。

基因的组织定向表达

California大学(San Francisco)的Yuet Wai Kan研究小组成功地在血红细胞中定向表达了重组蛋白。这项研究将在基因疗法中起作用并有助于家畜疾病的治疗。 经基因工程手段将多肽激素促红细胞生成素的基因和莫洛尼氏白血病毒部分病毒外壳蛋白基因接入逆转录病毒载体。病毒对带有促红细胞生成素受体的鼠类和人类细胞(即血红细胞前体)的感染性增强了。基因导入效率高。该小组相信这种配体-受体相互作用可扩展到多种其它系统。

基于网络药理学四逆散治疗抑郁症的作用机制探讨

目的探讨四逆散治疗抑郁症的作用机制。方法借助中药系统药理学分析平台(TCMSP)检索四逆散中柴胡、白芍、枳实、甘草的化学成分和作用靶点,通过OMIM、TTD、Drugbank、Digsee等多个数据库查询与抑郁症(depression)相关的基因。通过Uni Prot数据库查询靶点对应的基因,进而运用Cytoscape 3.2.1构建化合物-靶点(基因)网络、蛋白相互作用(PPI)网络筛选出核心靶点,最后通过DAVID进行基因本体(GO)功能富集分析和基于京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,预测其作用机制。结果化合物-靶点网络包含121个化合物和相应靶点259个,关键靶点涉及PTGS2、CALM1、ESR1、HSP90AA1、AR等。PPI核心网络包含15蛋白,关键蛋白涉及CASP3、CHRM2、CYP3A4等。GO功能富集分析得到GO条目375个(P<0.05),其中生物过程(BP)条目307个,细胞组成(CC)条目37个,分子功能(MF)条目31个。KEGG通路富集筛选得到37条信号通路(P<0.05),涉及神经活性配体-受体相互作用信号通路、多巴胺信号通路、IL-17信号通路等。结论四逆散中的有效活性成分主要通过作用于CASP3、CHRM2、DRD1等15个关键靶点调节多条信号通路从而发挥抗抑郁作用。

临近闪烁分析法在高通量筛选中的应用

起源于放射性免疫分析的临近闪烁分析法(scintillation proximity assay,SPA)是一种均相、灵敏、快速和简便的基于闪烁载体的分析平台。该平台可用于筛选药物靶点的先导化合物和研究其生理过程。由于无需分离,易于固定药物靶点和检测其活性,SPA成为一种重要的高通量筛选方法。由于放射性标记分子和亲和标签分子的多样化和商业化、以及液闪计数器和液相操作等技术的发展,SPA已经广泛用于受体结合、高通量药物筛选、酶分析、放射性免疫分析、蛋白质-蛋白质相互作用和细胞水平分析等方面。本文阐述了SPA原理,讨论了其关键技术(包括闪烁载体、液闪计数器和放射性标记分子),分析了其评价体系;同时简述了SPA分析的发展,并介绍了其在高通量筛选中的应用实例,归纳了存在的问题,给出了未来的发展趋势。目前,基于SPA和荧光分析方法已成为高通量药物筛选的热点研究领域,这些筛选技术的革新必然提升我们对细胞体系生物学的全面理解和促进先导化合物筛选过程的显著进步。