α,β-不飽和酰胺TRPV1抑制劑的Topomer CoMFA模型

戴 康，方 華，溫 超，徐 暉

(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院，武漢 430074)

瞬時(shí)感受器電位香草酸1(TRPV1)是一個(gè)新的鎮(zhèn)痛藥物分子靶點(diǎn)，主要存在于背根神經(jīng)節(jié)和三叉神經(jīng)節(jié)的較小直徑細(xì)胞的細(xì)胞膜或胞內(nèi)細(xì)胞器膜上，是一種非選擇性陽(yáng)離子通道.克隆的TRPV1可被多種傷害性刺激激活，故TRPV1被認(rèn)為是一種多信號(hào)探測(cè)和感受多種疼痛刺激的整合器[1].主要包括3個(gè)方面：芳香草醛化合物、傷害性熱刺激和氫離子[2, 3].

治療疼痛多應(yīng)用TRPV1激動(dòng)劑，激活TRPV1通道后，引起Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致初級(jí)感覺神經(jīng)元興奮[4]，長(zhǎng)期使用能導(dǎo)致神經(jīng)元脫敏，阻斷痛覺的傳遞[5-7].但這種鎮(zhèn)痛機(jī)制有很多副作用，如辣椒素與TRPV1結(jié)合后，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+大量?jī)?nèi)流，導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞，使線粒體膜通透性發(fā)生改變，使神經(jīng)細(xì)胞凋亡[8]，故TRPV1阻斷劑近年來受到重視.經(jīng)典的TRPV1阻斷劑包括：Capsazepine、RTX和釕紅.小分子TRPV1阻斷劑有硫脲類、尿素類、肉桂酰胺類、氨基化合物、甘氨酰胺類、鹵化辣椒堿和吡啶基哌嗪類[9].但這些TRPV1阻斷劑均存在著一個(gè)共同的問題，很多候選藥物都會(huì)引發(fā)高熱反應(yīng)，甚至影響記憶等大腦機(jī)能.故尋找一種無毒高效的新的TRPV1抑制劑顯得尤為重要.

本文利用Topomer CoMFA設(shè)計(jì)的α,β-不飽和酰胺TRPV1抑制劑有效解決了這個(gè)問題.利用第二代CoMFA 方法Topomer CoMFA來研究α,β-不飽和酰胺TRPV1抑制劑的3D-QSAR模型.與傳統(tǒng)的CoMFA方法相比，Topomer CoMFA不需要手動(dòng)分子疊合，每個(gè)模型中分子疊合都是客觀的，增強(qiáng)了模型之間的可比性，提高了CoMFA的重現(xiàn)性，并大大提高了計(jì)算效率[10].

1 數(shù)據(jù)描述

本文研究了42個(gè)α,β-不飽和酰胺類TRPV1抑制劑，其中34個(gè)選為訓(xùn)練集，8個(gè)選為測(cè)試集(帶*的化合物).其中用訓(xùn)練集建立3D-QSAR模型，測(cè)試集測(cè)試模型的外部穩(wěn)定性.α,β-不飽和酰胺類TRPV1抑制劑的活性數(shù)據(jù)和化合物的結(jié)構(gòu)見表1.

表1 化合物的結(jié)構(gòu)和生物活性數(shù)據(jù)

*測(cè)試組

2 模型建立

本文利用SYBYL-X軟件對(duì)對(duì)34個(gè)訓(xùn)練集化合物進(jìn)行切割，隨機(jī)選擇1個(gè)化合物結(jié)構(gòu)作為模板，切割酰胺鍵，生成R1基團(tuán)和R2基團(tuán)(見圖1).Sybyl軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別并切割剩下的化合物并計(jì)算R1基團(tuán)和R2基團(tuán)周圍的分子場(chǎng)，以立體場(chǎng)和靜電場(chǎng)性質(zhì)為自變量，化合物活性為因變量，采用最小偏二乘法建立化合物立體場(chǎng)特征和活性的關(guān)系生成3D-QSAR模型.其中交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)q2為0.702，非交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)r2為0.881，表明該模型有較好的擬合與內(nèi)部預(yù)測(cè)能力.

圖1 分子的切割方式Fig.1 The cuting way of the molecular

3 結(jié)果與討論

為測(cè)試該模型的穩(wěn)定性和外部預(yù)測(cè)能力，對(duì)8個(gè)測(cè)試集化合物進(jìn)行了活性預(yù)測(cè).其結(jié)構(gòu)活性數(shù)據(jù)見表1，線性相關(guān)回歸圖見圖2，由圖2和表1可見測(cè)試集圓點(diǎn)分布在回歸線兩側(cè)，說明該模型有較好的外部預(yù)測(cè)能力.

圖2 42個(gè)化后物的實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值的散點(diǎn)圖Fig.2 The scatter plots of the experimental value and predicted value of 42 chemical compounds

圖3 R1的立體場(chǎng)和靜電場(chǎng)對(duì)化合物活性的影響Fig.3 The effect of steric and electrostatic field of R1 on the activity of the compound

圖4 R2的立體場(chǎng)和靜電場(chǎng)對(duì)活性的影響Fig.4 The effect of steric and electrostatic field of R2 on the activity of the compound

圖3和圖4分別是R1和R2的立體場(chǎng)和靜電場(chǎng)對(duì)活性的影響，左邊綠色部分表示增大取代基的體積有利于增加活性，黃色部分表示減小取代基體積有利于增加活性；右邊藍(lán)色區(qū)域有正電性基團(tuán)活性會(huì)增加，紅色區(qū)域有負(fù)電性基團(tuán)活性會(huì)增加.

圖3A中R1基團(tuán)的苯環(huán)的2、4位處于綠色區(qū)域，3號(hào)位處于黃色區(qū)域，那么在2、4號(hào)位引入大體積的取代基有利于增加活性，而在3號(hào)位減小取代基體積有利于提高活性.表1中活性5a>1a，22a>21a，1a>42a均能驗(yàn)證這一點(diǎn)，5a中因?yàn)楸?a在2位多了一個(gè)溴取代而活性增強(qiáng)；22a的溴取代比21a的氯取代基體積稍大，因而活性也略強(qiáng)；1a中叔丁基4位有取代而42a中沒取代因而活性增強(qiáng).在圖3B中，2′號(hào)到4′號(hào)位之間的區(qū)域處于藍(lán)色區(qū)域，應(yīng)該引入正電性取代基，而在2′號(hào)、4′號(hào)區(qū)域部分處于紅色區(qū)域，應(yīng)該引入負(fù)電性取代基.表1中活性15a>16a，36b>35a,15a>12a均可以驗(yàn)證這一點(diǎn).

圖4C中R2基團(tuán)的苯環(huán)2、4號(hào)位上并的環(huán)上的取代基處于綠色區(qū)域，增加取代基的體積有利于增加活性，而在垂直于該環(huán)的平面的取代基在黃色區(qū)域，縮小取代基的體積有利于增加活性，表1中活性4c>1a，36b>1a均能很好地證明這一點(diǎn)；圖4D中該環(huán)靠近酰胺鍵端兩處處于紅色區(qū)域，引入負(fù)電性取代基有利于增加活性，遠(yuǎn)離酰胺鍵端處于藍(lán)色區(qū)域，引入正電性取代基有利于增加活性，表1中活性8a>2a，因8a結(jié)構(gòu)中苯并六元環(huán)上靠近酰胺端是氧取代，引入了電負(fù)性基團(tuán)，而活性10遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于11b,都與這點(diǎn)相符.預(yù)測(cè)結(jié)果表明整體而言R2基團(tuán)的貢獻(xiàn)大于R1基團(tuán).

綜上所述，在R1基團(tuán)的苯環(huán)4號(hào)位引入三氟化碳基團(tuán)與圖中連接苯環(huán)處為藍(lán)色區(qū)域，而該處的3個(gè)取代基處于紅色區(qū)域相符，能夠增強(qiáng)藥物的活性，在R2基團(tuán)的苯并六元環(huán)上靠近酰胺鍵端引入酰胺鍵有利于增強(qiáng)藥物的活性.

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Caterina M J, Schumacher M A, Tominaga M, et al. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway[J]. Nature, 1997, 389(6653): 816-824.

[2] Liu D L, Wang W T, Xing J L, et al. Research progress in transient receptor potential vanilloid 1 of sensory nervous system[J]. Neurosci Bull, 2009, 25(4): 221-227.

[3] 陳 敏, 張陸勇, 嚴(yán) 明. 辣椒素受體研究進(jìn)展[J].中國(guó)臨床藥理學(xué)與治療學(xué),2006,11(2): 126-130.

[4] 劉悅雁, 解 敏, 黃 擎, 等.辣椒素通過鈣信號(hào)抑制感覺神經(jīng)元的電壓門控性鈣離子通道[J].安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 44(1): 1-5.

[5] Wachtel R E. Capsaicin[J]. Reg Anesth Pain Med, 1999, 24(4): 361-363.

[6] 郭 峰, 姜曉鐘. 辣椒素的作用機(jī)制及其鎮(zhèn)痛應(yīng)用[J]. 第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 23(1): 96-98.

[7] 朱潔平, 劉悅雁. 辣椒素與疼痛研究綜述[J].衛(wèi)生職業(yè)教育,2010, 28(16): 155-159.

[8] Olah Z， Szabo T，Karai L，et al. Ligand-induced dynamic membrane changes and cell deletion conferred by vanilloid receptor 1[J]. J Biol Chem,2001,276(14): 11021-11030.

[9] 王 樂,曹 宇. TRPV1 阻斷劑的研究進(jìn)展[J]. 國(guó)際病理科學(xué)與臨床雜志200828(3): 220-224.

[10] Cramer R D. Topomer CoMFA: a design methodology for rapid lead optimization[J]. J Med Chem,2003,46(3): 374-388.