張博，何依然，劉迎春，王琦

（浙江大學(xué)化學(xué)系，浙江杭州310027）

引 言

四鏈體是核酸的一種非經(jīng)典二級(jí)結(jié)構(gòu)，由序列富含鳥(niǎo)嘌呤堿基（G 堿基）的DNA 分子構(gòu)成。四鏈體通常由四段單鏈DNA 組成，每一段單鏈DNA 序列含有2～4個(gè)連續(xù)的G堿基，稱(chēng)為G片段。在每個(gè)G片段內(nèi)，相鄰的G堿基相互堆疊，形成層狀結(jié)構(gòu)。而在四個(gè)單鏈DNA 分別形成的G 片段之間，在空間結(jié)構(gòu)上能夠共面的G 堿基則以4 個(gè)為一組，通過(guò)氫鍵結(jié)合，形成正方形平面結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為G 平面，如圖1 所示[1]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得G-四鏈體構(gòu)象發(fā)現(xiàn)，一個(gè)G-四鏈體結(jié)構(gòu)通常含有2～4個(gè)相互堆積的G 平面。在兩個(gè)G 平面之間的中心區(qū)域，通常存在一個(gè)一價(jià)陽(yáng)離子，可以與G平面堿基富集的π電子相互作用，穩(wěn)定G平面結(jié)構(gòu)。

圖1 G平面中的Hoogsteen配對(duì)Fig.1 Hoogsteen pairing in G-quartet

G-四鏈體能夠引起廣泛關(guān)注是由于其結(jié)構(gòu)特性與癌癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。通過(guò)研究表明，基因的核心區(qū)或啟動(dòng)子區(qū)存在多種能形成G-四鏈體結(jié)構(gòu)的DNA 序列，這些序列在調(diào)控細(xì)胞微環(huán)境過(guò)程中起到多種關(guān)鍵的作用，如促進(jìn)組織浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移、促使細(xì)胞無(wú)限增殖、逃避凋亡等[2]。其中，Pu22 DNA G-四鏈體是人源原癌基因c-myc 啟動(dòng)子區(qū)域G-四鏈體的常用研究模型之一[3]，其原型DNA 序列Pu27是人DNA上與癌癥有關(guān)的一個(gè)重要片段，它在生物學(xué)中是細(xì)胞骨髓細(xì)胞癌基因（cellularmyelocytomatosis oncogene，簡(jiǎn)稱(chēng)c-myc）的重要組成部分。該種基因編碼的核蛋白稱(chēng)為myc 蛋白，可用于進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，對(duì)細(xì)胞增殖起到重要的作用。分子生物學(xué)研究表明，myc 蛋白會(huì)與MAX（myc-associated factor X）蛋白發(fā)生二聚，進(jìn)而結(jié)合到多種與細(xì)胞增殖相關(guān)的基因的E-box（enhancer box）區(qū)域上，對(duì)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程起調(diào)控作用[4]。c-myc 基因在正常組織中的表達(dá)受到上游信號(hào)的嚴(yán)格調(diào)控。正常細(xì)胞在一個(gè)細(xì)胞周期中，myc 蛋白水平在細(xì)胞由靜止期轉(zhuǎn)向有絲分裂開(kāi)始（G0/G1）時(shí)急劇上升，然后回落到基線水平[5]。而在血液腫瘤[6]以及胃癌[7]、肝癌[8]、宮頸癌[9]等多種人類(lèi)實(shí)體腫瘤組織的癌變細(xì)胞中，c-myc 基因呈現(xiàn)異常的高表達(dá)狀態(tài)，說(shuō)明c-myc基因與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展關(guān)系密切。

由于myc蛋白在腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)增殖過(guò)程中有著特殊影響，對(duì)此進(jìn)行了許多以其為核心的抗癌策略研究。例如：抑制myc 基因的表達(dá)，阻止myc 蛋白與MAX 蛋白之間的二聚，阻止myc-MAX 二聚物與DNA 結(jié)合，保護(hù)與二聚物可能發(fā)生作用的主要幾種目標(biāo)基因等。其中，通過(guò)設(shè)計(jì)藥物配體結(jié)合myc 基因啟動(dòng)子區(qū)域的G-四鏈體序列，以干擾其正常生理功能，是目前受到較多關(guān)注的一種策略。腫瘤細(xì)胞的myc 基因的功能受到干擾以后，可以使癌細(xì)胞難以攝取養(yǎng)分，影響生物物質(zhì)合成，細(xì)胞周期停滯，還可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。因此，G-四鏈體與小分子配體的結(jié)合可以阻止癌細(xì)胞增殖。

在G-四鏈體的配體中，雜環(huán)生物堿作為一類(lèi)具有藥用價(jià)值的特異性結(jié)合配體，引起了許多研究者的關(guān)注。這些可以作為G-四鏈體配體的雜環(huán)生物堿主要包括喹啉衍生物、吖啶與吖啶酮衍生物、異喹啉及其衍生物等雜環(huán)化合物[10]。異喹啉類(lèi)生物堿是眾多含有異喹啉結(jié)構(gòu)單位的生物堿及其衍生物的統(tǒng)稱(chēng)，包括：原小檗堿類(lèi)、苯駢菲啶類(lèi)、阿樸啡類(lèi)、雙芐基異喹啉生物堿等。異喹啉生物堿來(lái)源于自然界中的某些藥用植物，是生物堿中分布最廣、種類(lèi)最豐富的一種，有著非常多樣的生理活性。因此異喹啉生物堿作為藥物有獲取成本低的優(yōu)勢(shì)。目前亦發(fā)展了較多有關(guān)異喹啉生物堿的合成與修飾手段。所以，異喹啉類(lèi)生物堿對(duì)于藥物篩選是一個(gè)很有價(jià)值的化合物庫(kù)。

有關(guān)Pu22 DNA G-四鏈體與異喹啉類(lèi)生物堿結(jié)合過(guò)程的機(jī)制的研究中，成效較為卓著的有小檗堿及衍生物對(duì)c-myc 基因表達(dá)效應(yīng)的一系列研究[11]。在基于兩者結(jié)合特質(zhì)的工具性應(yīng)用中，文獻(xiàn)也報(bào)道了利用小檗堿、血根堿、白屈菜紅堿等異喹啉配體與Pu22 DNA G-四鏈體的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，構(gòu)成核酶適配體，建立生物熒光檢測(cè)方法[12]?；谀壳暗膶?shí)驗(yàn)與模擬研究，已知異喹啉類(lèi)生物堿與G-四鏈體的作用類(lèi)型主要包括π-π 堆積、靜電作用、小溝作用、疏水作用等，方式主要可分為外部堆積與插入式兩大類(lèi)別[13]。分子模擬中發(fā)現(xiàn)配體主要可以通過(guò)非共價(jià)鍵作用，結(jié)合在G-四鏈體的堿基、尾端G 平面或兩者之間，分別可稱(chēng)為堿基堆積、尾端堆積、夾心式堆積。

目前已經(jīng)有一些研究通過(guò)結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，對(duì)G-四鏈體及配體的結(jié)合機(jī)制進(jìn)行考察。如Verma 等[14]用分子對(duì)接和其他分析表征手段研究了c-myc G-四鏈體和硫磺素T的結(jié)合機(jī)制。Li等[15]提出過(guò)自身結(jié)構(gòu)不是平面的配體在G-四鏈體上的結(jié)合方式。另有Li 等[16]、Huang 等[17]拓展了G-四鏈體配體種類(lèi)的界限，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了甾體類(lèi)小分子和G-四鏈體的結(jié)合機(jī)制。因此，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬的手段，對(duì)原癌基因啟動(dòng)子區(qū)域的G-四鏈體與配體結(jié)合進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)研究，可以提供更多有關(guān)結(jié)合動(dòng)力學(xué)過(guò)程、配體-受體各部分相互作用與構(gòu)效關(guān)系的信息，對(duì)靶向抗癌藥物的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性建議。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 異喹啉類(lèi)生物堿配體的選取

實(shí)驗(yàn)選取了表1所示的四種具有相關(guān)性的異喹啉類(lèi)生物堿作為研究對(duì)象，其中，血根堿是一種研究較多的典型G-四鏈體配體。在作為G-四鏈體配體的研究中，已經(jīng)被證實(shí)為有效配體的還有二氫血根堿。其余兩種未見(jiàn)作為G-四鏈體配體的研究或報(bào)道。四種配體在生理活性上均有細(xì)胞毒性，在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中顯示促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡或抑制癌細(xì)胞代謝的功能。

為了考察配體結(jié)構(gòu)對(duì)配體與G-四鏈體結(jié)合作用的影響，在選取四種異喹啉類(lèi)生物堿時(shí)考慮了分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)性和差異性（圖2）。其中，二氫血根堿為血根堿的二氫還原產(chǎn)物，白屈菜堿的母核為血根堿母核的四氫還原產(chǎn)物，南天寧堿的母核中環(huán)的排布則與其他三種不同，分別用來(lái)考察電性、平面結(jié)構(gòu)及母核對(duì)作用的影響。

表1 本工作選取的四種異喹啉類(lèi)生物堿Table 1 Four isoquinoline alkaloids selected in this work

1.2 模型構(gòu)建

本實(shí)驗(yàn)選取的G-四鏈體結(jié)構(gòu)為Pu22 G-四鏈體DNA 的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)自于數(shù)據(jù)庫(kù)Protein Data Bank 上的結(jié)構(gòu)文件（PDB ID：1XAV）[22]。配體的分子結(jié)構(gòu)根據(jù)文獻(xiàn)由GaussView 繪制，初始構(gòu)型經(jīng)過(guò)Gaussian09 軟件的優(yōu)化，并獲得凈電荷等參數(shù)[23]。

模擬中對(duì)DNA 分子采用的是parmbsc1 力場(chǎng)[24]。這種力場(chǎng)是AMBER 力場(chǎng)的一種優(yōu)化版本，其對(duì)G-四鏈體等一些核酸的特殊結(jié)構(gòu)具有一定的適用性。對(duì)配體采用的力場(chǎng)為GAFF（general AMBER force field）[25]，是一種廣泛用于藥物分子研究的力場(chǎng)，包含了更多用于描述有機(jī)物基團(tuán)的參數(shù)。

在構(gòu)建體系時(shí)，DNA 分子被放置于邊長(zhǎng)為6 nm的立方盒中心，隨機(jī)插入5 個(gè)同種配體，然后使用TIP3P 模型的溶劑水分子進(jìn)行溶劑化填充，最后向體系加入鉀離子、氯離子以使體系成為電中性，體系濃度為生理濃度0.1 mol/L。

1.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬的參數(shù)細(xì)節(jié)

圖2 四種異喹啉類(lèi)生物堿的分子結(jié)構(gòu)Fig.2 Molecular structure of four isoquinoline alkaloids

模擬體系構(gòu)建完成后，采用Gromacs 4.5 對(duì)體系進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬[26]。每個(gè)G-四鏈體-配體體系首先分別采用能量最小化處理，然后先后在NVT、NPT 系綜條件下分別進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)為0.2、0.5 ns 的預(yù)平衡。最后運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度為80 ns 的分子動(dòng)力學(xué)模擬。其中，模擬時(shí)間步長(zhǎng)為2 fs，并采用了周期性邊界條件。體系溫度設(shè)置為310 K，并用Nose-Hoover 恒溫方法進(jìn)行控制[27-28]，氣壓為1 bar (1 bar = 100 kPa),并采用Parrinello-Rahman 恒溫方法進(jìn)行控制[29]，其中等壓恒溫系數(shù)為4.5×10-5bar-1。相互作用能的計(jì)算包含Lennard-Jones 勢(shì)能和庫(kù)侖勢(shì)能，兩者的截?cái)喟霃骄O(shè)為1.0 nm，通過(guò)Lorentz-Berthelot 法計(jì)算非鍵作用，可以獲得Lennard-Jones 勢(shì)能[30]。而長(zhǎng)程庫(kù)侖作用則采用PME（particle mesh Ewald）進(jìn)行計(jì)算[31]。最終構(gòu)象及軌跡的可視化部分使用VMD 軟件完成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 異喹啉類(lèi)生物堿與G-四鏈體的結(jié)合過(guò)程

實(shí)驗(yàn)選取的四種異喹啉生物堿中，血根堿與白屈菜堿已有實(shí)驗(yàn)證據(jù)或計(jì)算模擬證明具有和G-四鏈體結(jié)合的能力[32]。為檢測(cè)在分子模擬環(huán)境下四種異喹啉類(lèi)生物堿是否都能與G-四鏈體進(jìn)行很好的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)首先考察了模擬時(shí)間內(nèi)，體系中所有異喹啉生物堿和G-四鏈體DNA 的總相互作用能變化。計(jì)算相互作用能的結(jié)果(圖3)顯示，四種體系在80 ns 的平衡模擬中，總相互作用能的趨勢(shì)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)階段，說(shuō)明四種異喹啉和G-四鏈體都可以形成較為穩(wěn)定結(jié)合。相互作用能的總值在-400～-600 kJ/mol 之間，說(shuō)明四種異喹啉配體和G-四鏈體之間可以形成比較強(qiáng)的相互作用。

通過(guò)分析結(jié)合過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和結(jié)合過(guò)程中的瞬時(shí)構(gòu)象，如圖4所示，可以觀察到異喹啉類(lèi)配體和G-四鏈體的結(jié)合主要存在如下四種獨(dú)立的結(jié)合區(qū)域：頭部（5'端）G 平面，側(cè)面的7 號(hào)T 堿基(T7)、11 號(hào)T 堿基(T11)，尾部（3'端）的21 號(hào)A 堿基(A21)。主要分為兩種類(lèi)型：G 平面與G 平面外的獨(dú)立堿基。且在結(jié)合過(guò)程中，每個(gè)結(jié)合的藥物分子都能夠分別與特定的單個(gè)結(jié)合區(qū)域進(jìn)行結(jié)合。計(jì)算配體平面到堿基平面的距離以及四個(gè)結(jié)合區(qū)域上配體-堿基的相互作用，可以發(fā)現(xiàn)配體均處于堿基發(fā)生π-π 作用的范圍內(nèi)與堿基相互作用，且Lennard-Jones 勢(shì)是相互作用的主要貢獻(xiàn)者。

圖3 四種異喹啉配體和G-四鏈體的相互作用能Fig.3 Interaction energy of four isoquinoline ligands and G-quadruplex

圖4 異喹啉配體在G-四鏈體上的四個(gè)結(jié)合區(qū)域Fig.4 Four binding regions of isoquinoline ligand on Gquadruplex

T7、T11 和T21 三個(gè)堿基均分布于G-四鏈體的外圍。模擬的軌跡顯示，與G-四鏈體上其他非G 平面上的堿基比較，這三個(gè)堿基的活動(dòng)較少受到G 平面的限制，持續(xù)發(fā)生振動(dòng)和翻轉(zhuǎn)。這一特點(diǎn)使這三個(gè)結(jié)合區(qū)域的堿基與異喹啉配體有較多的作用機(jī)會(huì)。

對(duì)四種結(jié)合區(qū)域上結(jié)合發(fā)生的概率（圖5）、配體-結(jié)合區(qū)域的平均相互作用能（圖6）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。統(tǒng)計(jì)分析對(duì)每種體系進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果顯示，各藥物分子與G-四鏈體結(jié)合時(shí)相互獨(dú)立，G-四鏈體存在與多個(gè)藥物在不同位點(diǎn)同時(shí)結(jié)合的情況，且每個(gè)作用區(qū)域最多只能結(jié)合一個(gè)藥物分子，不存在多個(gè)藥物分子作用同一位點(diǎn)的情況。位于G-四鏈體5'端的G 平面，是上述四種位點(diǎn)中，結(jié)合發(fā)生的概率最高、平均相互作用能最強(qiáng)的位點(diǎn)。因此，上述四種結(jié)合區(qū)域相互獨(dú)立，且最具優(yōu)勢(shì)的結(jié)合區(qū)域是G平面。配體與G平面的結(jié)合機(jī)理將進(jìn)行進(jìn)一步探討。

2.2 異喹啉類(lèi)生物堿和G平面的結(jié)合機(jī)制

為進(jìn)一步探究配體在G 平面區(qū)域內(nèi)的作用細(xì)節(jié)，對(duì)配體與G 平面作用構(gòu)象以及能量進(jìn)行了進(jìn)一步探究。首先通過(guò)模擬得到的軌跡，分析比較了G平面在與異喹啉類(lèi)結(jié)合后自身構(gòu)象的變化。如圖7所示，G平面在與白屈菜堿配體發(fā)生結(jié)合時(shí)，構(gòu)象由平面變化為向中心塌陷。這一形變可能是在白屈菜堿配體非平面的分子結(jié)構(gòu)的影響下發(fā)生的。而G平面在與實(shí)驗(yàn)中其余三種分子結(jié)構(gòu)為平面型的配體結(jié)合時(shí)，自身平面的構(gòu)象基本不變。

圖5 配體結(jié)合在四種位點(diǎn)上的概率Fig.5 Probability of ligand binding at four sites

圖6 四個(gè)結(jié)合位點(diǎn)和相應(yīng)配體的相互作用能Fig.6 Interaction energies of four binding sites and corresponding ligands

同時(shí)，觀察結(jié)合構(gòu)象可得，由于異喹啉配體的分子尺寸僅有G平面的大約一半大小，在G平面上，配體通常只與G平面上的兩個(gè)堿基結(jié)合。在結(jié)合狀態(tài)下，配體在G 平面上方的區(qū)域可能會(huì)有小幅度的左右運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，調(diào)整自身的取向，但觀察到最多的狀態(tài)是異喹啉配體與G平面上的8號(hào)G堿基(G8)、13號(hào)G堿基(G13)結(jié)合。

2.3 5′端G平面上堿基對(duì)結(jié)合的貢獻(xiàn)

為進(jìn)一步研究配體在G 平面上的主要作用位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)將G 平面上的四個(gè)G 堿基及其所帶的脫氧核糖和磷酸部分，分別作獨(dú)立的原子組，計(jì)算每個(gè)部分對(duì)配體的作用能大小。

計(jì)算血根堿、二氫血根堿以及南天寧堿與G 平面各堿基的相互作用能的結(jié)果（圖8）顯示，在配體與G 平面區(qū)域形成較為穩(wěn)定的結(jié)合以后，配體與G平面的相互作用能在表觀上基本保持不變。而G平面的各個(gè)部分對(duì)配體的作用，由于配體在G 平面上發(fā)生一定范圍內(nèi)的平行運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生交替，基本符合此增彼減的趨勢(shì)。

圖7 四種異喹啉配體和G平面的結(jié)合構(gòu)象Fig.7 Binding conformation of four isoquinoline ligands and G-quartet

配體與G平面各部分相互作用能的分析結(jié)果顯示，在構(gòu)成G平面的四個(gè)G堿基中，與配體的作用能較強(qiáng)的是8 號(hào)、13 號(hào)G 堿基。這個(gè)發(fā)現(xiàn)支持異喹啉生物堿傾向于8 號(hào)G 堿基、13 號(hào)G 堿基結(jié)合位置這一現(xiàn)象。產(chǎn)生這種結(jié)果可能是因?yàn)?'端G平面附近存在5'末端的堿基對(duì)配體與4 號(hào)、17 號(hào)G 堿基的結(jié)合構(gòu)成了空間位阻效應(yīng)。以上結(jié)論表明，G 平面附近5'末端的堿基對(duì)配體在G平面上的結(jié)合存在一定的引導(dǎo)作用。

另外對(duì)于前述的特例白屈菜堿，為了進(jìn)一步探究配體分子結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)合構(gòu)象的影響，通過(guò)控制橋頭碳原子手性、設(shè)置位阻兩種方式，設(shè)計(jì)得到了具有類(lèi)似白屈菜堿的不共面結(jié)構(gòu)的兩種配體Z01、Z02，如圖9 所示。其中Z01 在與G-四鏈體的結(jié)合構(gòu)象中，顯示了與白屈菜堿比較類(lèi)似的結(jié)果。Z01 由于具有和白屈菜堿類(lèi)似的非平面結(jié)構(gòu)，和G 平面結(jié)合后，使G 平面發(fā)生了變形。由于Z01 和其中個(gè)別G堿基的作用能較大，Z01 還破壞了G 平面的完整性，如圖10 所示。而Z02 由于位阻較小，不能使配體核心保持剛性的立體結(jié)構(gòu)，因而在與G-四鏈體進(jìn)行結(jié)合的過(guò)程中，傾向于平面結(jié)合。

在Z01 與G 平面結(jié)合的模擬過(guò)程中，G 平面由原先的平面正方形結(jié)構(gòu)不斷變化，形成了鍵角在68°～108°，二面角平均近30°，鍵長(zhǎng)也相應(yīng)增加的立體構(gòu)型（圖11）。其中，在30 ns 時(shí)，G 平面形變程度最大。G 平面4 個(gè)殘基間能量的變化（圖12）也說(shuō)明了Z01 分子能夠減少G 平面4 個(gè)堿基間的相互作用，對(duì)G平面的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。

圖8 異喹啉配體和G平面上各個(gè)堿基的相互作用能Fig.8 Interaction energy between isoquinoline ligands and each base on G-quartet

圖9 白屈菜堿及設(shè)計(jì)配體構(gòu)象Fig.9 Conformation of CHL and designed ligands

圖10 Z01與G平面的結(jié)合構(gòu)象Fig.10 Conformation of Z01 bound to G-quartet

2.4 5′末端堿基對(duì)結(jié)合的影響

為綜合考察G-四鏈體的5'末端堿基對(duì)異喹啉配體-DNA 結(jié)合的影響，比較了同一種配體在G 平面這一結(jié)合區(qū)域中，形成的兩種穩(wěn)定結(jié)合構(gòu)型。

如圖13 所示，在結(jié)合構(gòu)型A 中，G-四鏈體的5'末端堿基和血根堿分子的距離較遠(yuǎn)，沒(méi)有堿基在ππ 作用的距離范圍內(nèi)。構(gòu)型B 中，G-四鏈體的5'末端和血根堿配體的距離較近，存在位于π-π 作用的距離范圍內(nèi)的堿基，可能與之發(fā)生π-π 作用。處于構(gòu)型B 的G-四鏈體與血根堿的結(jié)合區(qū)域，實(shí)際上并非僅僅G平面，而是一個(gè)形似口袋的結(jié)構(gòu)，由G平面構(gòu)成“口袋”的下半部分，由5'末端構(gòu)成“口袋”的上半部分。而在構(gòu)型A中，這種“口袋”并未完全形成，但也可以使異喹啉配體和G-四鏈體達(dá)到穩(wěn)定結(jié)合的狀態(tài)。隨著5'末端的自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其與G 平面上的藥物分子進(jìn)行相互作用，就可由構(gòu)型A 轉(zhuǎn)換成構(gòu)型B。

圖11 模擬過(guò)程中G平面結(jié)構(gòu)變化示意圖Fig.11 Schematic diagram of G-quartet structure changes during simulation

分別計(jì)算兩種構(gòu)型與G-四鏈體相互作用能，并與血根堿配體和G 平面、5'末端、G-四鏈體整體的相互作用能大小進(jìn)行比較（圖14），得出兩種結(jié)合構(gòu)型下，G 平面與血根堿的結(jié)合作用能基本相等，而5'末端和血根堿的相互作用能在構(gòu)型B中明顯比構(gòu)型A 大，導(dǎo)致了以構(gòu)型B 與G-四鏈體結(jié)合的配體與DNA 分子的總相互作用能，比以構(gòu)型A 結(jié)合的配體的結(jié)合作用能強(qiáng)。因此，5'末端與配體的相互作用，具有增加配體和G-四鏈體的結(jié)合強(qiáng)度的作用。

圖12 與Z01結(jié)合過(guò)程中G-平面四個(gè)堿基相互作用能變化示意圖Fig.12 Schematic diagram of interaction energy change of four bases in G-quartet during binding with Z01

圖13 血根堿在G平面上結(jié)合的兩種結(jié)合構(gòu)型Fig.13 Two configuration of SAU binding with G-quartet

圖14 兩種結(jié)合構(gòu)型中G-四鏈體不同部分的作用能比較Fig.14 Comparison of action energies of different parts of Gquadruplex in two binding configurations

為進(jìn)一步研究5'末端各個(gè)堿基在作用中的貢獻(xiàn)大小，分別計(jì)算了結(jié)合構(gòu)型B 狀態(tài)下5'末端每個(gè)堿基和血根堿的Lennard-Jones 勢(shì)的大小。如圖15結(jié)果顯示，5'末端的1號(hào)T堿基和血根堿的范德華作用能最強(qiáng)，可達(dá)到-40 kJ/mol。

圖15 構(gòu)型B中5'端各個(gè)堿基對(duì)血根堿的作用Fig.15 Interaction of 5'terminal bases on SAU in configuration B

以上結(jié)果說(shuō)明，5'末端不僅對(duì)異喹啉在G 平面上主要結(jié)合的堿基有引導(dǎo)性的影響，其中某些堿基也可以直接與配體發(fā)生π-π 作用，增加配體與G-四鏈體總相互作用強(qiáng)度。這種作用有助于配體和G-四鏈體的結(jié)合。

3 結(jié) 論

本論文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬G-四鏈體與異喹啉類(lèi)藥物分子結(jié)合的過(guò)程，分析了兩者結(jié)合的能量、作用類(lèi)型以及結(jié)合位點(diǎn)，闡述了異喹啉類(lèi)藥物與G-四鏈體的結(jié)合機(jī)理，為設(shè)計(jì)能夠與G-四鏈體結(jié)合的抗癌藥物提供了有用的信息。結(jié)論具體如下。

（1）通過(guò)模擬軌跡與能量分析發(fā)現(xiàn)，G-四鏈體能夠與多種異喹啉類(lèi)生物堿進(jìn)行穩(wěn)定結(jié)合，且結(jié)合的主要作用為π-π 作用，主要位點(diǎn)為G 平面的G8、G13兩個(gè)堿基。

（2）在G-四鏈體與異喹啉類(lèi)生物堿配體結(jié)合過(guò)程中，異喹啉類(lèi)生物堿的空間構(gòu)型能夠影響結(jié)合的G平面穩(wěn)定性。

（3）G-四鏈體的5'末端能夠增強(qiáng)配體與G-四鏈體的穩(wěn)定結(jié)合。

（4）異喹啉類(lèi)生物堿自身的空間結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)G-四鏈體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，對(duì)于靶向破壞含G-四鏈體的DNA 結(jié)構(gòu)方向有潛在的價(jià)值，然而其他種類(lèi)及特征的藥物與G-四鏈體的結(jié)合情況以及藥物結(jié)合與藥物分子的結(jié)構(gòu)關(guān)系還有待進(jìn)一步探究。