基于丹參酮的乙酰膽堿酯酶抑制劑虛擬設(shè)計

王玉平 付 桃 徐巾卜 李 佳 王宗成

（湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 永州 425199）

基于丹參酮的乙酰膽堿酯酶抑制劑虛擬設(shè)計

王玉平 付 桃 徐巾卜 李 佳 王宗成*

（湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 永州 425199）

本研究以丹參酮為先導(dǎo)化合物虛擬設(shè)計A系列和B系列化合物，通過藥物設(shè)計軟件MOE進行分子對接和打分函數(shù)進行評分，得到能作用于CAS和PAS雙作用位點的乙酰膽堿酯酶抑制劑（AChEIs），篩選出A系列、B系列作用力與打分都較好的化合物，選擇作用力和評分最好的2個化合物進行分析，設(shè)計的新化合物為治療阿爾茨海默病藥物開發(fā)提供新的候選化合物。

丹參酮； 乙酰膽堿酯酶抑制劑； 虛擬設(shè)計； MOE

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease， AD）是一種認知功能和記憶功能障礙為特征的慢性神經(jīng)退行性疾病。預(yù)計2050年，全球癡呆患者人數(shù)將超過1億［1］。研究表明，神經(jīng)纖維纏結(jié)和老年斑是阿爾茨海默病的兩個主要病理學(xué)特征。神經(jīng)纖維纏結(jié)是由Tau蛋白異常磷酸化形成，可導(dǎo)致AD患者記憶功能下降和神經(jīng)精神障礙。老年斑的中心核是由淀粉樣蛋白組成，可導(dǎo)致AD患者認知功能和空間感知功能障礙。目前AD的發(fā)病機制還不明確，治療AD臨床一線藥是基于膽堿能學(xué)說的乙酰膽堿酯酶抑制劑。

開發(fā)成功的乙酰膽堿酯酶抑制劑有他克林（Tacrine）、多奈哌齊（Donepezil）、加蘭他敏（Galantamine）、石杉堿甲（Huperzine A）、卡巴拉?。≧ivastigmine）等。石杉堿甲是我國科學(xué)家提取的天然化合物，是一種選擇性和可逆性的乙酰膽堿酯酶抑制劑，可與多奈哌齊合用治療AD。人的乙酰膽堿酯酶主要包含四種活性位點，催化三聯(lián)體（CAS）由Ser203，His447，Gly334構(gòu)成，位于活性峽谷底部附近。外周陰離子位點（PAS）由Tyr72，Tyr124，Tyr286，Asp74等構(gòu)成［2］，位于活性峽谷邊緣。?；诖蒔he295和Phe297組成。氧陰離子洞位點由Gly120，Gly121，Ala204組成。研究表明，乙酰膽堿酯酶的PAS部分結(jié)構(gòu)會促進AChE與β淀粉樣蛋白相互作用形成Aβ原纖維從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性［3］，這為治療AD的藥物提供了新的設(shè)計靶標。

乙酰膽堿酯酶抑制劑除用于治療AD還廣泛用于治療運動失調(diào)、重癥肌無力等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病［4］，對于當(dāng)前抗AD藥物的研究與開發(fā)，著眼于篩選新型天然產(chǎn)物，不失為一個較好的選擇［5］。

1　材料與方法

1.1蛋白質(zhì)預(yù)處理準備：基于人乙酰膽堿酯酶已知的三維結(jié)構(gòu)及活性位點。從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫銀行PDB

（http：//www.rcsb.org/pdb）下載編號為4EY7的乙酰膽堿酯酶，在MOE中去掉AChE的雙鏈水分子、雜原子、加極性氫等。得到處理好的AChE受體并保存其moe文件。

1.2虛擬庫的建立：丹參酮具有廣泛的藥理作用，例如抗腫瘤、抗氧化、抗菌抑菌及抗炎作用、防治心腦血管疾病等［6］，但丹參酮的水溶性極差使其藥用價值受到極大的限制。本文通過研究優(yōu)化丹參酮結(jié)構(gòu)得到母核A和通過破環(huán)丹參酮B環(huán)得到母核B（如圖1所示），依據(jù)生物電子等排原理、前藥原理等虛擬設(shè)計A系列526、B系列199個化合物。同樣對A系列和B系列化合物分子質(zhì)子3D化和能量最小化處理建立篩選分子數(shù)據(jù)庫。

圖1　先導(dǎo)化合物的優(yōu)化

1.3分子對接（Docking）：預(yù)測配體與受體大分子相互匹配、相互識別、而產(chǎn)生相互作用的方法，其理論基礎(chǔ)是誘導(dǎo)契合假說［7］。用處理好的AChE受體與建好的分子數(shù)據(jù)庫在MOE軟件里進行分子對接 。本論文記錄A類化合物20個和B類化合物16個如圖

圖2　母核A

A系列化合物對接得分結(jié)果

圖3 母核B

B系列化合物對接得分結(jié)果

2　結(jié)果討論與分析

2.1在藥物分子設(shè)計軟件MOE中設(shè)計的虛擬藥物分子與4EY7的活性位點結(jié)合力越多越好，對接分數(shù)越低越好。選出作用力和對接分數(shù)都較好的2個虛擬藥物分子和先導(dǎo)化合物丹參酮進行分析并記錄在論文中，分析結(jié)果如下：

（1）先導(dǎo)化合物丹參酮的對接結(jié)果（如圖4）：對接得分為-26.2969。作用位點：a，三合一催化位點（CAS），C環(huán)上的苯環(huán)與His447形成陽離子-π作用，距離為3.89 ?，二面角為167.5o。b，外周位點（PAS）：無。C，其它：陽離子位點Trp86形成π-π共軛，距離3.70 ?，二面角為167.6o。相對分子質(zhì)量為250.2530，logP2.6240。

圖4　先導(dǎo)化合物和4EY7結(jié)合的平面圖（左）及三維圖（右）

（2）A9化合物對接結(jié)果（如圖5）：對接分數(shù)-29.2524。a，三合一催化位點（CAS）A環(huán)的R1取代基上的苯環(huán)與His447形成陽離子-π作用，距離為3.43 ?。B，外周位點（PAS）：C環(huán)與Tyr341、D環(huán)Trp286形成π-π共軛，距離分別為3.60 ?、3.75 ?，二面角分別為162.1o、164.7o。c，其它A環(huán)的R1取代基上的苯環(huán)與Trp86形成π-π共軛，距離為4.07 ?。二面角為152.1o。相對分子質(zhì)量487.5560，logP4.0580。

圖5　A9和4EY7結(jié)合的平面圖（左）及三維圖（右）

（3）B11化合物對接結(jié)果（如圖6）：對接分數(shù)-27.3830。a，三合一催化位點，C環(huán)上的苯環(huán)與His447形成陽離子-π作用，距離為3.66 ?。B，外周位點（PAS）：A環(huán)的R2取代基苯環(huán)與Trp286形成π-π共軛作用，距離為3.97 ?，二面角為167.5o，與Tyr 124形成氫鍵距離為2.77 ?。C，其它：C環(huán)和D環(huán)與Trp86形成雙π-π共軛，距離為3.45 ?。二面角為159.4o。相對分子質(zhì)量395.414，logP4.97220。

圖6　B11和4EY7結(jié)合的平面圖（左）及三維圖（右）

3　結(jié) 論

本文以天然產(chǎn)物丹參酮為先導(dǎo)化合物進行優(yōu)化，并設(shè)計出母核A、B。在藥物設(shè)計過程中根據(jù)前藥原理、生物電子等排原理、類藥五原則等設(shè)計出含有A系列546個的小分子庫和含有B系列300個的小分子庫。在MOE軟件中與進行過預(yù)處理的AChE進行對接，篩選出A系列20個、B系列16個作用力與分數(shù)都較好的化合物。對A9，B11進行分子作用力分析。本次研究不僅為治療AD提供了新的潛在化合物，同時為設(shè)計藥物提供了一種新的方向，而且拓展了天然產(chǎn)物在新藥研究領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[1]楊文超,孫琦,喻寧熙,等.治療阿爾茨海默病的乙酰膽堿酯酶抑制劑的分子設(shè)計:從多位點抑制劑到一藥多靶[J].藥學(xué)學(xué)報,2012,47(3):313-314.

[2]王凱.計算輔助乙酰膽堿酯酶抑制劑[D].北京:北京化工大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù),2012,12-13.

[3]Stains C I, Ghosh I. When conjugated polymers meet amyloid Fibrils[J]. ACS Chem Biol, 2007, 2:525-528.

[4]樓影涵,查曉明,張莉莉，等.來源于天然產(chǎn)物的乙酰膽堿酯酶抑制擠研究進展[J],藥學(xué)進展,2012,36(9):385-386.

[5]楊焱焱,蔣玉仁.AChE抑制劑類抗AD藥物的研究進展[J].廣州化學(xué),2012，37(2):57-61.

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[7]張子劍,潘榮,周園,等.酶促反應(yīng)的“誘導(dǎo)契合-鎖鑰”模式[J].生物化學(xué)與生物物理進展,2011,38(5):418-419.

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（責(zé)任編校：何俊華）

R971

A

1673-2219（2015）05-0064-05

2015－01－06

湖南科技學(xué)院大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗計劃項目。

王玉平（1992－），男，2012級湖南科技學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程系制藥工程專業(yè)。

王宗成（1983－），湖南長沙人，講師，碩士，主要從事藥物開發(fā)與研究。