以HIV-1 gp41與CCR5為靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)研究.pdf

1、自1981年6月世界發(fā)現(xiàn)首例艾滋病患者至今，已有2500萬人死于由HIV病毒引起的疾病。2000年以來，盡管全球范圍內(nèi)的艾滋病傳播已基本穩(wěn)定，但每年仍有極高的HIV感染率和AIDS死亡率。聯(lián)合國艾滋病報(bào)告顯示，2007年全世界有大約3300萬HIV感染者，約200萬人死于艾滋病[1]。歷經(jīng)20多年的研究，HIV病毒仍然是疫苗研發(fā)的難點(diǎn)，因此目前的艾滋病治療主要依賴于抗HIV化學(xué)藥劑的研究。高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(雞尾酒療法，HAART)聯(lián)

2、合使用幾種抗HIV藥物(通常為3～4種)，已經(jīng)在臨床治療中取得了極大成功。但是長(zhǎng)期使用的毒副作用和耐藥性的出現(xiàn)使這種方法的療效受到限制。HIV病毒生活周期歷經(jīng)若干個(gè)階段，暴露出多個(gè)藥物設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)。近年來，阻止病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的HIV進(jìn)入抑制劑引起了醫(yī)藥研究界的廣泛關(guān)注。其中，T-20(又名Fuzeon)已經(jīng)在2003年由FDA批準(zhǔn)用于臨床治療。計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)(CADD)作為一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，能夠結(jié)合最新的數(shù)據(jù)和技術(shù)，提供多種方法

3、及途徑，以滿足藥物研發(fā)的需求。CADD的應(yīng)用目前已經(jīng)貫穿藥物研發(fā)的全過程，為提高這一產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)率做出了巨大貢獻(xiàn)。計(jì)算方法的使用不僅實(shí)現(xiàn)了高效的藥物開發(fā)和先導(dǎo)化合物優(yōu)化過程，而且能為研究藥物與靶標(biāo)的相互作用提供重要信息。本文結(jié)合CADD方法，對(duì)以HIV-1 gp41與CCR5為靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： (1)HIV-1跨膜蛋白gp41與抑制劑NB-2和NB-64的結(jié)合模式研究。NB-2和NB-64是最近發(fā)現(xiàn)的兩種氮

4、-取代吡咯衍生物，能夠干預(yù)HIV-1 gp41六螺旋結(jié)構(gòu)的形成從而抑制病毒與細(xì)胞的膜融合過程。揭示這兩個(gè)抑制劑與gp41的結(jié)合模式可以為設(shè)計(jì)HIV-1融合抑制劑提供重要信息。采用分子對(duì)接，分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬和MM-PBSA/MM-GBSA分析方法預(yù)測(cè)NB-2和NB-64與gp41疏水口袋的結(jié)合模式與作用機(jī)理。分子對(duì)接采用多種受體構(gòu)象，并從結(jié)果中選取幾種可能的結(jié)合模式進(jìn)行MD模擬，然后通過MM-PBSA計(jì)算結(jié)合能的方法識(shí)別最優(yōu)的結(jié)合模

5、式。MM-PBSA計(jì)算結(jié)果表明，范德華相互作用是結(jié)合的主要驅(qū)動(dòng)力，而極性相互作用決定了配體在結(jié)合過程中的取向。進(jìn)一步的結(jié)合能分解顯示，配體的羧基與gp41殘基Arg579的靜電相互作用對(duì)結(jié)合有重要貢獻(xiàn)。本工作為進(jìn)一步優(yōu)化氮-取代吡咯衍生物類的HIV-1融合抑制劑建立了良好的出發(fā)點(diǎn)。 (2)合理設(shè)計(jì)與合成新的HIV-1融合抑制劑?；谒A(yù)測(cè)的NB-2與gp41疏水口袋的結(jié)合模式，我們采用一種從頭藥物設(shè)計(jì)方法(LeapFrog)改造

6、NB-2的結(jié)構(gòu)，旨在設(shè)計(jì)新型有效的gp41選擇性抑制劑。共設(shè)計(jì)了103個(gè)化合物.并用分子對(duì)接預(yù)測(cè)這些化合物的結(jié)合模式與結(jié)合能力。這些化合物具有己知gp41抑制劑所沒有的結(jié)構(gòu)特征，并且大部分化合物的結(jié)合自由能都比NB-2低。利用從頭設(shè)計(jì)的結(jié)果為指導(dǎo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一組新的作用于的gp41抑制劑，并已合成和測(cè)定了其中七個(gè)。在體外實(shí)驗(yàn)中，這七個(gè)新化合物能夠一定程度地抑制gp41六螺旋結(jié)構(gòu)的形成。目前其它化合物的合成還在進(jìn)行，有望得到具有較高活性的

7、化合物，以用作先導(dǎo)化合物，進(jìn)行進(jìn)一步研究。 (3)吡咯烷類CCR5拮抗劑的三維定量構(gòu)效關(guān)系分析。為研究CCR5拮抗劑的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，我們選用一系列1，3，4-取代的吡咯烷類CCR5拮抗劑構(gòu)建CoMFA(比較分子立場(chǎng)分析)模型。從中挑選72個(gè)結(jié)構(gòu)和活性有較大差異的化合物作為訓(xùn)練集分子用于CoMFA模型的構(gòu)建。首先用兩種疊合規(guī)則將這些分子進(jìn)行疊合：公共結(jié)構(gòu)疊合和力場(chǎng)疊合。然后用偏最小二乘回歸法(PLS)對(duì)這兩組疊合結(jié)果進(jìn)行分析，分

8、別構(gòu)建CoMFA模型。對(duì)這兩種模型采用區(qū)域聚焦方法消除噪音，得到另兩個(gè)模型。選用另外39個(gè)此類化合物作為測(cè)試集對(duì)所購建的四個(gè)模型進(jìn)行測(cè)試。公共結(jié)構(gòu)疊合方法經(jīng)區(qū)域聚焦后得到的CoMFA模型顯示出最好的統(tǒng)計(jì)特性和預(yù)測(cè)能力：常規(guī)相關(guān)系數(shù)r2=0.952，交叉驗(yàn)證系數(shù)q2=0.637，測(cè)試集進(jìn)行活性預(yù)測(cè)的相關(guān)度為R=0.785。該模型的等高線圖將這些拮抗劑與CCR5結(jié)合的關(guān)鍵的立體和靜電特征可視化，模擬顯示出可能的受體.配體相互作用。本工作能夠