應(yīng)用分子相似性方法發(fā)現(xiàn)活性天然產(chǎn)物及潛在藥用植物初探

蔣雨惜 婁為義 段文虎

課題由來(lái)

易瑞沙（Iressa）是抗肺癌靶向藥物，對(duì)60%以上的亞裔女性非小細(xì)胞肺癌（Non-small-cell Lung Cancer）患者有很好的療效，并且沒有一般抗癌藥物和放療的毒副作用。這一抗癌藥物盡管非常有效，但十分昂貴，給服用該藥的患者帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。與西藥相比，中藥具有歷史悠久、毒副作用小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，那么是否可以找到具有同等功效的中藥取代易瑞沙治療肺癌呢？于是我以尋找具有易瑞沙類似功效的植物為目的，開始了本課題的研究。我想如果用易瑞沙這一藥物的結(jié)構(gòu)作模板，從已有的天然產(chǎn)物化合物數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找與易瑞沙結(jié)構(gòu)類似的化合物，再去找到含有這些化合物對(duì)應(yīng)的植物，那么這些植物就極有可能具有與易瑞沙一樣的治療癌癥的功效。

研究流程和方法

本課題的目的是尋找與抗肺癌藥物易瑞沙功效相近，但價(jià)格低廉的中藥材。經(jīng)過(guò)前期探索，本課題決定采用分子相似性搜索方法與生物活性測(cè)試相結(jié)合實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。首先采用已有的分子相似性比對(duì)程序，搜尋天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)，找出與易瑞沙結(jié)構(gòu)相似的化合物；然后用生物化學(xué)方法測(cè)試這些化合物對(duì)肺癌靶點(diǎn)蛋白的抑制能力，找出其中真正有活性的化合物；再對(duì)含這些活性化合物的植物提取物進(jìn)行生物活性測(cè)試，最終確定與易瑞沙功效類似、具有潛在抗腫瘤活性的植物，為發(fā)現(xiàn)新的天然藥物和藥用植物提供線索。具體的研究流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)方法

天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)備和預(yù)處理及模板分子的準(zhǔn)備

上海藥物研究所的天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)SIMMNPD收錄了7 079個(gè)天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。采用Corina軟件對(duì)其中每個(gè)化合物進(jìn)行初始三維構(gòu)象的生成準(zhǔn)備處理，隨后采用小分子構(gòu)象分析程序Cyndi對(duì)每個(gè)分子進(jìn)行多個(gè)構(gòu)象的生成和優(yōu)化處理。

從蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）中找出易瑞沙與其相應(yīng)的靶點(diǎn)蛋白EGFR復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)（PDB編號(hào)2ITZ），采用Sybyl軟件從中抽取出易瑞沙分子的三維結(jié)構(gòu)。

分子三維相似性計(jì)算

應(yīng)用分子三維相似性比較軟件Shafts從上述天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)SIMMNPD中尋找與易瑞沙結(jié)構(gòu)類似的化合物。所謂相似性比較，就是將2個(gè)分子的構(gòu)象疊合在一起，通過(guò)一些相似性準(zhǔn)則計(jì)算這2個(gè)分子的相似性。本課題采用的Shafts軟件是以分子形狀相似性與化學(xué)基團(tuán)相似性衡量2個(gè)分子間的相似性。

生物活性測(cè)試

本研究用酶活性抑制實(shí)驗(yàn)方法——酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)試化合物和植物粗提物的生物活性。

上述測(cè)試方法也用于測(cè)定植物粗提物的生物活性。

本課題采用抗肺癌藥物易瑞沙及其三維結(jié)構(gòu)作為參考模板分子，使用分子三維相似性計(jì)算程序Shafts計(jì)算每個(gè)天然產(chǎn)物的構(gòu)象與易瑞沙的相似性，從7 079個(gè)天然產(chǎn)物中找到了與易瑞沙相似度超過(guò)0.8的化合物20個(gè)。

總結(jié)本研究結(jié)果，本項(xiàng)目應(yīng)用的基于化合物相似性比較方法搜尋活性天然產(chǎn)物，再進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)潛在藥用植物方法，類似于“全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）”：用已知藥物的結(jié)構(gòu)“定位導(dǎo)航”，從天然數(shù)據(jù)庫(kù)中搜出結(jié)構(gòu)相似的化合物進(jìn)行生物活性測(cè)試，通過(guò)測(cè)定含有活性化合物植物粗提物的生物活性，獲得潛在藥用植物的信息，真正做到活性定位、藥效功能定位和植物的區(qū)域定位。我們將這一方法稱為化學(xué)定位導(dǎo)航系統(tǒng)（Chemical GPS，見圖2）。這一方法可以推廣應(yīng)用，用于發(fā)現(xiàn)可以治療其他疾?。ㄈ缣悄虿。┑幕钚蕴烊划a(chǎn)物和潛在藥用植物。

本研究的創(chuàng)新點(diǎn)概括如下。

最終僅測(cè)試了26個(gè)天然產(chǎn)物，就找到6個(gè)活性化合物，表明本研究所采用的化學(xué)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的效率比傳統(tǒng)方法高。