梁英喜，賀煜甦，崔 帥，李 斌，張燕玲，張小華（北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100102）

·化學(xué)·

L－型鈣離子通道抑制劑藥效團(tuán)模型的構(gòu)建

梁英喜，賀煜甦，崔 帥，李 斌，張燕玲＊，張小華＊（北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100102）

目的 構(gòu)建L－型鈣離子通道抑制劑的藥效團(tuán)模型，為從中藥化學(xué)成分中發(fā)現(xiàn)具有鈣離子通道抑制作用的成分提供了新的方法，同時(shí)為先導(dǎo)物改造成為活性較好的鈣離子通道抑制劑提供思路。方法 以來(lái)源于NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)新西蘭兔心臟L－型鈣離子通道具有抑制作用的12個(gè)化合物為研究對(duì)象，利用HipHop定性藥效團(tuán)模型構(gòu)建方法，建立L－型鈣離子通道拮抗劑的藥效團(tuán)模型，利用數(shù)據(jù)庫(kù)搜索方法對(duì)藥效團(tuán)模型進(jìn)行優(yōu)劣評(píng)價(jià)。結(jié)果 獲得最優(yōu)藥效團(tuán)模型具有以下幾個(gè)特征：2個(gè)氫鍵受體和4個(gè)疏水基團(tuán)，其綜合評(píng)價(jià)指數(shù)CAI為2.78。結(jié)論 構(gòu)建的定性藥效團(tuán)具有一定的可靠性，可用于開(kāi)展活性化合物篩選和指導(dǎo)先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)改造，有助于指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)中藥中的L－型鈣離子通道阻滯劑。

L－型鈣離子通道抑制劑；定性藥效團(tuán)；心血管疾??；中藥；化學(xué)成分

細(xì)胞外鈣離子濃度較細(xì)胞內(nèi)高10萬(wàn)倍，但由于脂質(zhì)細(xì)胞膜形成屏障，不能自由進(jìn)入胞內(nèi)；鑲嵌在膜上的特殊蛋白質(zhì)，形成貫穿膜內(nèi)外的水相孔道，開(kāi)放時(shí)允許離子順電化學(xué)梯度快速通過(guò)，這就是離子通道［1］。電壓依賴(lài)性鈣通道（voltage operated calcium channels，VOCC）就是這種調(diào)控Ca2＋內(nèi)流的離子通道，對(duì)膜電位變化敏感，隨膜電位變化而開(kāi)放，使Ca2＋以每秒1×109離子的速度進(jìn)入，對(duì)外鈣內(nèi)流起主要作用［2］。現(xiàn)知VOCC分6型，分別為L(zhǎng)、P、Q、N、R、T型［3］。L－型鈣通道分布在心血管及神經(jīng)元，它參與心臟起搏、肌肉和內(nèi)分泌的興奮－收縮／刺激－分泌偶聯(lián)及細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控過(guò)程［4］。鈣通道阻滯劑自問(wèn)世以來(lái)，其療效在臨床上已得到肯定［5－6］。目前，應(yīng)用較多的是選擇性作用于L－型鈣通道阻滯劑［7－8］。因此，尋找新型高活性的L－型鈣離子通道抑制劑對(duì)治療心血管疾病具有重要的臨床價(jià)值［9－10］。

藥效團(tuán)模型方法是一種最大限度利用已有化合物的三維結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)的方法［11］。HipHop通過(guò)已知的一系列化合物的三維結(jié)構(gòu)和生物活性數(shù)據(jù)構(gòu)建藥效團(tuán)模型，描述化合物生物活性的共同特征，所建立的藥效團(tuán)模型可用于篩選具有潛在活性的化合物［12－13］。

本文利用定性藥效團(tuán)模型技術(shù)構(gòu)建L－型鈣離子通道抑制劑藥效團(tuán)模型，旨在獲得篩選效率較高且能指導(dǎo)先導(dǎo)物改造的藥效團(tuán)模型，從而為從中藥或天然產(chǎn)物中開(kāi)發(fā)L－型鈣離子通道抑制劑提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 訓(xùn)練集及測(cè)試集化合物的選擇 利用Discovery Studio 4.0中的HipHop定性模型方法構(gòu)建L－型鈣離子通道抑制劑藥效團(tuán)模型。HipHop定性模型要求訓(xùn)練集分子活性大，結(jié)構(gòu)差異大［14］。測(cè)試集中活性分子與非活性分子的比例大約為1∶3。訓(xùn)練集的12個(gè)化合物和測(cè)試集中的25個(gè)活性分子均來(lái)源于NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)，且具有對(duì)新西蘭兔心臟上的L－型鈣離子通道抑制作用。測(cè)試集中的75個(gè)非活性化合物也來(lái)源于NCBI中，未見(jiàn)報(bào)道L－型鈣離子通道抑制作用。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，NCBI中已知活性值見(jiàn)表1。

圖1 訓(xùn)練集（1～12）及測(cè)試集（13～37）中的活性分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

表1 訓(xùn)練集化合物（1～12）與測(cè)試集中的活性化合物的IC50（13～37）Tab.1 IC50of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 化合物前處理 首先利用Discovery Studio中的Simulate Structurs模塊對(duì)訓(xùn)練集和測(cè)試集的化合物加立場(chǎng)CHARMm，然后附加電荷Momany－Rone，最后利用Conformation Search and Minization模塊的Dreiding Minization對(duì)化合物進(jìn)行處理，得到最低能量構(gòu)象的化合物。利用Feature mapping對(duì)化合物藥效特征進(jìn)行識(shí)別，包括：氫鍵受體（HB＿ACCEPTOR，A）、氫鍵供體（HB＿DONOR，D）、疏水基團(tuán)（HYDROPHOBIC，H）、正電離子基團(tuán)（POS＿IONIZABLE，PI）、負(fù)電離子基團(tuán)（NED＿IONIZABLE，NI）、芳環(huán)基團(tuán)（RING＿AROMATIC，R）。

1.2.2 HipHop藥效團(tuán)模型的建立 HipHop算法根據(jù)訓(xùn)練集中的活性化合物的三維空間排布產(chǎn)生共同的化學(xué)特征。將活性最高的4號(hào)和8號(hào)的Principal值設(shè)定為2，MaxOmitFit值設(shè)定為0。將活性最低的2號(hào)和9號(hào)的Principal值設(shè)定為0，MaxOmit－Fit值設(shè)定為2。將A、D、H、PI、NI、R的值均設(shè)定為0～5。將Minimum Feature Points和Minimum Features in Moderately Active值設(shè)為3。將Conformation Generation設(shè)為Best。Parallel processing設(shè)為T(mén)rue。Energy Threshold值設(shè)為10。其他參數(shù)均使用默認(rèn)值。

1.2.3 藥效團(tuán)模型的優(yōu)劣評(píng)價(jià) 圖2為藥效團(tuán)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)各指標(biāo)結(jié)果的示意圖，其中D代表數(shù)據(jù)庫(kù)中所有化合物的數(shù)目，A代表數(shù)據(jù)庫(kù)中活性化合物的數(shù)目，Ha代表藥效團(tuán)模型命中的活性化合物數(shù)，Ht代表藥效團(tuán)模型命中的所有化合物數(shù)。利用藥效團(tuán)對(duì)三維數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，通過(guò)一系列命中指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)藥效團(tuán)的優(yōu)劣?；钚曰衔镉行新蔄%＝Ha／A，辨識(shí)有效性指數(shù)N＝（Ha／Ht）／（A／D），綜合評(píng)價(jià)指數(shù)CAI＝N×A%。

圖2 藥效團(tuán)搜索數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果示意圖Fig.2 The scheme of the results of searching database

2 結(jié)果與討論

計(jì)算得到10個(gè)HipHop藥效團(tuán)模型，且均含有6個(gè)藥效特征，為HHHHAA，10個(gè)藥效團(tuán)的模型的輸出及測(cè)試集數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，結(jié)果見(jiàn)表2（其中A＝25，D＝100）。由表2可知，CAI值最高的4號(hào)藥效團(tuán)模型具有6個(gè)藥效特征，分別是4個(gè)疏水基團(tuán)（H）和2個(gè)氫鍵受體，是HipHop算法得到的最優(yōu)藥效團(tuán)模型，見(jiàn)圖3。

圖3 L－型鈣離子通道拮抗劑最優(yōu)藥效團(tuán)模型Fig.3 The optimal hypothesis of L－type calcium channel antagonists

表2 L－型鈣離子通道抑制劑HipHop模型輸出及搜索結(jié)果Tab.2 The outputs of qualitative hypotheses and the results of searching test set

本研究所得的10個(gè)藥效團(tuán)模型CAI均大于2，活性化合物有效命中率（A%＝Ha／A）較優(yōu)，但是其活性化合物命中率（Y%＝Ha／Ht）不高，考慮到其模型預(yù)測(cè)結(jié)果存在一定假陽(yáng)性，在后期實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)減小模型的Radius值來(lái)提高活性化合物命中率，降低非活性化合物命中率。

3 結(jié)論

本文通過(guò)12個(gè)具有L－型鈣離子通道抑制作用的化合物，構(gòu)建了HipHop藥效團(tuán)模型，其中最優(yōu)藥效團(tuán)模型的CAI值達(dá)到了2.78，并且將測(cè)試集中的具有L－型鈣離子通道抑制作用的25個(gè)化合物全部命中，說(shuō)明該模型的搜索能力較強(qiáng)，可以有效命中活性化合物，減少漏篩率，有助于發(fā)現(xiàn)L－型鈣離子通道抑制劑，指導(dǎo)該藥物的研發(fā)。

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Pharmacophore model construction of L－type calcium channel antagonists

LIANG Yingxi，HE Yusu，CUI Shuai，LI Bin，ZHANG Yanling＊，ZHANG Xiaohua＊（Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100102，China）

Objective This study was amid to construct a pharmacophore model of L－type calcium channel antagonists in the application of a approach for discovering novel L－type calcium channel antagonists from leading compounds by screening traditional Chinese medicine（TCM）database.Methods Qualitative hypotheses were generated by HipHop separately on the basis of 12compounds with antagonistic action on L－type calcium channel expressed in rabbit cardiac muscle.Database searching method was used to evaluate the hypotheses.Results The results showed that optimal qualitative hypothesis is with certain features，i.e.two hydrogen－bond acceptors，four hydrophobic groups，and the CAI value of 2.78.Conclusion It was concluded that the pharmacophores are reliable and can be used to screen database for novel L－type calcium channel antagonists.

L－type calcium channel antagonist；qualitative hypotheses；cardiovascular disease；traditional Chinese medicine；chemical constituents

10.3969／j.issn.1004－2407.2015.02.021

R914

A

1004－2407（2015）02－0173－04

2014－10－10）

國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：81173522）；北京中醫(yī)藥大學(xué)自主課題（編號(hào)：2014－JYBZZ－XS－107）

梁英喜，男，碩士研究生

＊通信作者：張燕玲，女，副研究員；張小華，女，教授