劉志強(qiáng)

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院鶴壁市天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河南 鶴壁 458030)

真菌感染是人類常見疾病，占醫(yī)院感染疾病的30%左右，隨著廣譜抗菌藥物和化學(xué)治療藥物的濫用、變異菌種的不斷增加，真菌感染率逐年上升[1]。病原生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)[2]真菌細(xì)胞膜與人類細(xì)胞膜的主要差別在于，前者的膜甾醇物質(zhì)主要是麥角甾醇而后者為膽甾烷醇。因此，抑制病原真菌細(xì)胞膜麥角甾醇的合成，能有效抑制病原真菌的生長(zhǎng)繁殖，而不影響人類細(xì)胞膜的穩(wěn)定[3]，是抗真菌藥物的理想靶標(biāo)。

角鯊烯氧化酶是麥角甾醇合成的關(guān)鍵催化酶，抑制角鯊烯氧化酶能破壞麥角甾醇的合成，從而發(fā)揮抗真菌的藥理作用[4]。角鯊烯氧化酶是布萘替芬、特比萘芬等烯丙胺類抗真菌藥物的作用靶點(diǎn)，其抑制劑能對(duì)發(fā)癬菌、小孢子菌和表皮癬菌產(chǎn)生較強(qiáng)的殺菌作用[5]。布萘替芬、特比萘芬等烯丙胺類抗真菌藥物臨床療效確切，能有效治療手足癬[6]、皮膚淺部真菌感染[7]等疾病。但該類藥物仍有皮膚紅斑、灼熱、瘙癢等毒副作用[8]，加之耐藥型真菌的不斷涌現(xiàn)[9]，因此開發(fā)新一代低毒、高效角鯊烯氧化酶抑制劑迫在眉睫。本研究通過構(gòu)建基于配體的HipHop藥效團(tuán)模型，從數(shù)據(jù)庫中篩選新一代高效角鯊烯氧化酶抑制劑，并進(jìn)行藥代動(dòng)力學(xué)虛擬分析，以期發(fā)現(xiàn)新一代低毒、高效角鯊烯氧化酶抑制劑先導(dǎo)化合物。

1 材料與方法

1.1軟件與數(shù)據(jù)庫①化學(xué)分子Chemical Book數(shù)據(jù)庫(https://www.chemicalbook.cn/StructuredSearch.htm)；②藥學(xué)信息Drugbank數(shù)據(jù)庫(https://www.drugbank.ca//)；③化學(xué)成分繪制軟件ChemBio3D Ultra 14.0；④藥效團(tuán)構(gòu)建軟件Discovery studio 2016；⑤包含2000個(gè)化學(xué)小分子的MiniMaybridge數(shù)據(jù)庫；⑥SwissADME藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析平臺(tái)(http://www.swissadme.com)。

1.2角鯊烯氧化酶抑制劑藥效團(tuán)構(gòu)建在Drugbank數(shù)據(jù)庫獲取已知的角鯊烯氧化酶抑制劑，包括布替萘芬、萘替芬特、特比萘芬3個(gè)上市藥物，以此構(gòu)建基于配體結(jié)構(gòu)的藥效團(tuán)模型。應(yīng)用Discovery Studio 2016軟件 Pharmacophores模塊進(jìn)行藥效團(tuán)分析，識(shí)別特征元素包括氫鍵受體(Hydrogen Bond Acceptor,HBA)、氫鍵供體(Hydrogen Bond Donor,HBD)、疏水中心(Hydrophobic Region,HP)、正電荷中心(Positive Ionizable,PI)、負(fù)電荷中心(Negative Ionizable,NI)、芳香環(huán)中心(Ring Aromoatic，RA)6種。藥效團(tuán)設(shè)置參數(shù)：在Conformation Generation 參數(shù)組，將Conformation Generation 選擇BEST，構(gòu)象上限數(shù)Maximum Conformation設(shè)為200，能量閾值 Energy Threshold設(shè)為10，點(diǎn)擊Save Conformations右邊的柵格，下拉列表中選擇 True，其他保持不變，點(diǎn)擊運(yùn)行即可。

1.3篩選角鯊烯氧化酶抑制劑獲取分值(FitValue)最高的藥效團(tuán)模型，以此為篩選模型，對(duì)包含2 000個(gè)化合物的MiniMaybridge數(shù)據(jù)庫進(jìn)行虛擬篩選，得到符合角鯊烯氧化酶抑制劑藥效團(tuán)特征的高分值化合物，進(jìn)行下一步研究。

1.4潛在角鯊烯氧化酶抑制劑藥動(dòng)學(xué)參數(shù)分析將從MiniMaybridge數(shù)據(jù)庫篩選得到的高分值化合物導(dǎo)入SwissADME藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析平臺(tái)，分析其Lipinski參數(shù)、類藥學(xué)五原則等反映藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝的基本藥動(dòng)學(xué)參數(shù)，探討其成藥可能性。

2 結(jié)果

2.1藥效團(tuán)的構(gòu)建結(jié)果與選擇通過Discovery Studio 2016軟件的運(yùn)算，得到10個(gè)角鯊烯氧化酶抑制劑，每個(gè)藥效團(tuán)模型的特征元素見表1、圖1，選取Rank排序最靠前的01號(hào)藥效團(tuán)模型進(jìn)行下一步篩選分析，該藥效團(tuán)及其與布替萘芬、萘替芬特、特比萘芬的匹配情況(圖2)，包含兩端2個(gè)疏水集團(tuán)，中間1個(gè)PI、1個(gè)RA。

表1 角鯊烯氧化酶抑制劑HipHop藥效團(tuán)模型結(jié)果

注：紅色表示正電荷中心(P)；黃色表示芳香環(huán)中心(R)，藍(lán)色表示疏水集團(tuán)(H)。圖1 角鯊烯氧化酶抑制劑最佳藥效團(tuán)

a:布替萘芬;b:特比萘芬;c:萘替芬特。圖2 烯丙胺類抗真菌藥與最佳藥效團(tuán)匹配情況

2.2角鯊烯氧化酶抑制劑篩選結(jié)果本研究發(fā)現(xiàn)布替萘芬、特比萘芬、萘替芬特與最佳藥效團(tuán)模型HipHop1的匹配分?jǐn)?shù)分別為4.00、3.94、2.95，平均匹配分?jǐn)?shù)為3.63，見表2。從MiniMaybridge數(shù)據(jù)庫篩選得到分?jǐn)?shù)>3.63的化合物共4個(gè)，結(jié)構(gòu)見圖3。

表2 最佳藥效團(tuán)模型HipHop1的篩選結(jié)果

注：a:SEW 03926，中文命名為(Z)-4-氨基-3,5-二氯-N′-((4-氯芐基)氧基)苯甲酰胺；b:GK 01508，中文命名為(Z)-N′-(((1-苯基-5-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-羰基)氧基)-3,5-雙(三氟甲基)苯甲酰胺；c:KM 06990，中文命名為(Z)-2,2-二甲基-N′-(((3-(三氟甲基)苯甲?；?氧基)-2H-色烯-6-羧酰亞胺；d:RJF 00984，中文命名為(E)-4-((3,5-二氯苯基)亞氨基)-6-亞氨基-1-(3-(三氟甲基)苯基)-1,3,5-三嗪烷-2-硫酮。圖3 篩選化合物的結(jié)構(gòu)

2.3潛在先導(dǎo)化合物L(fēng)ipinski參數(shù)將篩選出的潛在先導(dǎo)化合物導(dǎo)入SwissADME平臺(tái)，探討其Lipinski參數(shù)與成藥可能性。已知Lipinski規(guī)則為：分子量<500 g/moL，HBD<5，HBA<10，脂水分配系數(shù)<5，旋轉(zhuǎn)鍵數(shù)≤10，符合Lipinski規(guī)則的化合物具有較好的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，在體內(nèi)有更高的生物利用度，成藥性較大。本研究發(fā)現(xiàn)SEW 03926，KM 06990符合Lipinski規(guī)則，具有良好的成藥性，見表3。

表3 潛在先導(dǎo)化合物L(fēng)ipinski參數(shù)

3 討論

傳統(tǒng)藥物設(shè)計(jì)漫長(zhǎng)，且耗資巨大，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等新技術(shù)的出現(xiàn)加快了新藥研發(fā)進(jìn)程、降低了研發(fā)成本[10]，其中基于藥效團(tuán)模型的計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)是篩選新藥先導(dǎo)化合物的重要手段之一[11]。藥效團(tuán)是基于藥物的特征性元素及其空間排列形式建立的模型，例如HBA、HBD、HP、PI、NI、RA等特征性元素及其空間排列形式[12]。唐春雷等[13]利用藥效團(tuán)模型發(fā)現(xiàn)穿心蓮內(nèi)酯類衍生物具有葡萄糖激酶激動(dòng)劑的作用。有研究[14]利用藥效團(tuán)模型預(yù)測(cè)了白術(shù)內(nèi)酯的藥理作用機(jī)制，充分說明了藥效團(tuán)在藥物研究中的重要作用。

綜上所述，本研究利用Discovery studio 2016軟件構(gòu)建角鯊烯氧化酶抑制劑最佳藥效團(tuán)，發(fā)現(xiàn)角鯊烯氧化酶抑制劑最佳藥效團(tuán)包含兩端2個(gè)疏水集團(tuán)，中間1個(gè)PI、1個(gè)RA，從MiniMaybridge數(shù)據(jù)庫篩選出4種潛在先導(dǎo)化合物，其中2種化合物符合Lipinski規(guī)則，具有良好的成藥性，為發(fā)現(xiàn)新一代角鯊烯氧化酶抑制劑先導(dǎo)化合物，提供了參考依據(jù)。