三氮唑類化合物基于人克氏錐蟲病原體CYP51分子對接研究

戴 康，薛安琪，李林柯,王 強(qiáng)

(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院，武漢 430074)

南美錐蟲病，是一種由稱為克氏錐蟲的原生動物引發(fā)并通過獵蝽科吸血昆蟲傳播的潛在的熱帶致命感染疾病，主要導(dǎo)致心臟衰竭，如今只有苯并咪唑和硝呋莫司這2種臨床藥物能夠?qū)υ摷膊∵M(jìn)行治療[1].由于這2種藥物有一定的毒性與非特異性，只針對急性期有效[2]，并不能治愈該病的慢性期.目前南美錐蟲病新療法的發(fā)展主要是通過對產(chǎn)生抗寄生蟲作用化合物進(jìn)行盲目篩選的細(xì)胞實驗，搜索寄生蟲基因組新的藥物靶點(diǎn)和有效化合物對潛在藥物靶點(diǎn)的作用[3-5].麥角甾醇是對寄生蟲生命周期非常重要的一種類固醇，能抑制麥角甾醇合成的藥物可能是目前控制慢性南美錐蟲病的高效治療選擇.

三氮唑類化合物是一類首選的抗真菌藥物，能夠抑制真菌細(xì)胞膜重要組成成分-麥角甾醇的生物合成，由于甾醇14α-去甲基化酶在真菌甾醇生物合成途徑中發(fā)揮著重要的角色，它們成為抗菌抑制劑設(shè)計的重要靶點(diǎn)[6].如白色念珠菌[7,8]、結(jié)核桿菌[9-11]、稻瘟病菌[12]、指狀青霉菌的甾醇14α-去甲基化酶.尤其是來自白色念珠菌和結(jié)核桿菌的甾醇14α-去甲基化酶是很多新型抗生素和抗菌藥物的理想靶點(diǎn).

三唑類抗真菌藥物擴(kuò)大了抗菌譜，高療低毒性，但真菌耐藥性使其臨床應(yīng)用受限，本文利用Sybyl軟件中Surflex模塊將幾種不同的官能團(tuán)的三氮唑類藥物小分子與細(xì)胞色素P450 甾醇14α-去甲基化酶的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子對接，結(jié)合對接結(jié)果分析其作用機(jī)制，以期在不同官能團(tuán)的三氮唑類化合物中篩選出結(jié)合能力更強(qiáng)的三氮唑類藥物結(jié)構(gòu)，為抗耐藥性藥物的研究提供更多選擇.

1 實驗部分

1.1 藥物設(shè)計工具

Sybyl是美國Tripos公司為從事藥物及相關(guān)領(lǐng)域研究的用戶提供全面的分子模擬、藥物設(shè)計的工具，可進(jìn)行基于受體、配體的藥物設(shè)計，以小分子出發(fā)進(jìn)行3D-QSAR的研究，還能從藥效基團(tuán)出發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的檢索.本文采用SybylX1.10版本.

1.2 配體小分子的準(zhǔn)備

查找作為甾醇14α-去甲基化酶抑制劑的29個三氮唑類化合物為配體小分子，以氟康唑分子結(jié)構(gòu)(見圖1)為對照，組成配體小分子數(shù)據(jù)庫.

圖1 氟康唑分子結(jié)構(gòu)

1.3 克氏錐蟲甾醇14α-去甲基化酶構(gòu)象的獲取

在蛋白晶體數(shù)據(jù)庫(www.pdb.org)中下載得到2WX2[1]的蛋白晶體結(jié)構(gòu)(見圖2)，使用Sybyl/Biopolymer模板對蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理，加氫原子并對蛋白質(zhì)分子加載AMBER7 FF99電荷，對原有小分子抑制劑加載Gasteiger-Hückel電荷，與預(yù)處理電荷類型一致.在晶體結(jié)構(gòu)中提取出原有小分子抑制劑的結(jié)構(gòu)，以確定對接位點(diǎn).

a) 綠色：抑制劑氟康唑 ；紫紅色：鐵卟啉； 其余：靶點(diǎn)

1.4 分子對接

以文獻(xiàn)獲得的化合物分子為配體，使用Sybyl/SurFlex模板與2WX2的晶體結(jié)構(gòu)對接，所有的分子構(gòu)建和對接計算工作均在方正文祥E520基于Linux系統(tǒng)完成，計算中使用的各項參數(shù)除非特別說明外均使用缺省值.

2 結(jié)果與討論

29個化合物優(yōu)勢構(gòu)象對接結(jié)果見表1.由表1可見，這29對對映異構(gòu)體配體小分子打分大多數(shù)高于陽性對照氟康唑，說明這些三氮唑類化合物與靶點(diǎn)蛋白有較好的親和性，其中編號為26r的化合物打分最高為10.4134.圖3為三氮唑類化合物結(jié)構(gòu)母核.

圖3 三氮唑類化合物結(jié)構(gòu)母核

表1 中靶化合物和打分

化合物26r的配體小分子與克氏錐蟲甾醇14α-去甲基化酶2WX2的對接結(jié)果見圖4.由圖由圖4可見，化合物26r三氮唑環(huán)上的4-N原子與靶點(diǎn)活性位點(diǎn)鐵卟啉中心鐵離子形成穩(wěn)定螯合鍵，周圍的關(guān)鍵氨基酸殘基疏水側(cè)鏈圍繞化合物分子核形成疏水口袋，將其包裹其中.CYS422上的硫原子與鐵離子作用與螯合物連接，TYR116、ARG361、HIS420與螯合物形成氫鍵，作用強(qiáng)烈.通過研究其他分子對接結(jié)果，得到相似的結(jié)果.

a) 綠色：化合物26r；紫紅色：鐵卟啉；其余：靶點(diǎn)

3 結(jié)語

本文選取已報道的三氮唑類化合物為配體分子，由29個配體小分子數(shù)據(jù)庫與克氏錐蟲甾醇14α-去甲基化酶2WX2進(jìn)行分子對接，打分值明顯優(yōu)于對照物氟康唑.分子對接的結(jié)果顯示：三氮唑類化合物的4位-N與靶點(diǎn)活性位點(diǎn)鐵卟啉中心鐵離子形成穩(wěn)定螯合鍵，化合物與其周圍的關(guān)鍵氨基酸形成較穩(wěn)定的疏水性相互作用，其中引入的4-(4-取代苯環(huán))哌嗪側(cè)鏈能與酶疏水性口袋緊密作用，關(guān)鍵氨基酸也能通過氫鍵和螯合鍵與螯合物形成穩(wěn)定作用，這在所有的中靶化合物中均可見.三氮唑類化合物與甾醇14α-去甲基化酶結(jié)合緊密，能較好的抑制其活性.

由分子對接結(jié)果可見，三氮唑類化合物的三唑環(huán)是發(fā)揮抗真菌活性的重要結(jié)構(gòu)，環(huán)上的氮原子可以與CYP51的活性位點(diǎn)結(jié)合，長的側(cè)鏈?zhǔn)沁M(jìn)入大分子通道所必須的，疏水基團(tuán)可以與CYP51活性位點(diǎn)的疏水性口袋結(jié)合，在以后的藥物設(shè)計中，可以通過改變側(cè)鏈和疏水基團(tuán)來獲得更多廣譜、低毒的真菌抑制劑.

通過對三氮唑類化合物對人類克氏錐蟲病原體CYP51作用機(jī)制研究對于研究新型潛在高活性三氮唑類化合物的合成具有指導(dǎo)意義.

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