幾類激酶抑制劑的分子模擬研究.pdf

1、蛋白激酶(protein kinase，PK)是細(xì)胞內(nèi)最大的蛋白家族之一，在真核細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演重要的角色。蛋白激酶是一類磷酸轉(zhuǎn)移酶，其作用是將ATP分子的γ磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白特定的氨基酸殘基上，使底物蛋白磷酸化。人類基因組內(nèi)共含有518個(gè)蛋白激酶基因，約占真核生物基因的1.7％。蛋白激酶活性異常通常會(huì)引發(fā)包括癌癥、糖尿病、炎癥在內(nèi)的許多重大疾病。超過400種人類疾病與蛋白激酶有直接或間接的關(guān)系。因此蛋白激酶己成為繼G蛋白偶聯(lián)受體之

2、后的第二大藥物治療靶標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界藥物在研或開發(fā)項(xiàng)目中約三分之一均與蛋白激酶相關(guān)。
　　 蛋白激酶抑制劑(protein kinase inhibitor，PKI)可用于多種疾病的治療，其中ATP-競爭性蛋白激酶抑制劑研究得最多，這類抑制劑已被研究和開發(fā)成為治療多種復(fù)雜性疾病的新藥。目前ATP-競爭性蛋白激酶抑制的研究主要集中在新骨架類型先導(dǎo)化合物的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)，以及選擇性抑制劑和多靶點(diǎn)抑制劑開發(fā)等方面。
　　 目

3、前，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)(computer-aided drug design，CADD)作為藥物研發(fā)中的重要技術(shù)和工具，被應(yīng)用于蛋白激酶抑制劑的研究中，推動(dòng)了這一研究領(lǐng)域的長足發(fā)展。定量構(gòu)效關(guān)系、分子對接、藥效團(tuán)、同源模建和分子動(dòng)力學(xué)模擬等多種分子模擬方法，以及量子化學(xué)等多種CADD方法均被應(yīng)用于蛋白激酶抑制劑的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)。
　　 本論文采用定量構(gòu)效關(guān)系、分子對接和藥效團(tuán)建模等多種分子模擬技術(shù)和手段，研究多種蛋白激酶抑制劑分子結(jié)

4、構(gòu)與其活性之間的關(guān)系，抑制劑與蛋白之間的相互作用以及影響化合物活性的重要藥效特征。旨在獲得影響抑制劑活性的重要結(jié)構(gòu)和藥效特征、抑制劑與蛋白激酶間相互作用的機(jī)理，從而指導(dǎo)抑制劑的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及活性預(yù)測，輔助設(shè)計(jì)和合成更高效的靶向激酶的治療藥物。
　　 在論文第一章中，我們對蛋白激酶及其抑制劑研究進(jìn)展、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)中的分子模擬方法，如定量構(gòu)效關(guān)系、分子對接及藥效團(tuán)模型方法做了介紹，并描述和總結(jié)了計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)在蛋白激酶

5、抑制劑研究中的應(yīng)用。
　　 第二章中，我們對一系列噻唑氨類Aurora-A的抑制劑進(jìn)行QSAR研究。2D-QSAR模型用遺傳算法一多元線性回歸方法(GA-MLR)建立。結(jié)果表明除了信息指數(shù)，GETAWAY和WHIM描述符對這類化合物抑制活性均有重要貢獻(xiàn)。3D-QSAR研究中的CoMFA和CoMSIA模型給出的三維等勢面圖與這類化合物的結(jié)構(gòu)特征以及X一射線晶體衍射結(jié)構(gòu)信息相一致，并且指出對22號化合物苯胺部分的進(jìn)一步修飾應(yīng)綜合考慮

6、立體、疏水和氫鍵性質(zhì)。
　　 第三章中，我們對一系列Rho激酶抑制劑進(jìn)行分子對接和3D-QSAR研究。對接研究獲得了整個(gè)數(shù)據(jù)集化合物的活性構(gòu)象，并研究了化合物在質(zhì)子化與非質(zhì)子化兩種狀態(tài)下的結(jié)合模式。CoMFA和CoMSIA分析研究了影響化合物生物活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素。根據(jù)分子對接以及模型的三維等勢面圖結(jié)果發(fā)現(xiàn)1-H吲唑化合物優(yōu)于異喹啉化合物，并提出了對這類抑制劑的修飾方案：(1)P區(qū)苯環(huán)4位用給電子基取代；(2)P區(qū)用體積較大疏水

7、基團(tuán)取代。根據(jù)分子模擬研究得到的信息，我們設(shè)計(jì)了一系列預(yù)測活性較高1-H吲唑化合物，說明通過適當(dāng)?shù)娜〈梢蕴岣哌@類化合物的活性。
　　 第四章中，應(yīng)用分子對接、藥效團(tuán)建模和3D-QSAR方法進(jìn)行一系列EphB4激酶抑制劑的分子模擬研究。分子對接結(jié)果表明這類化合物與受體ATP結(jié)合口袋形成多個(gè)氫鍵相互作用：A環(huán)吡啶-N原子與鉸鏈區(qū)Met696殘基形成氫鍵；脲基的羰基與NH分別與Lys647和Asp758殘基形成氫鍵。藥效團(tuán)模型給出了

8、影響化合物活性的重要藥效特征。CoMFA和CoMSIA分析研究了影響化合物生物活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素，模型的三維等勢面圖能夠?yàn)檫@類抑制劑的修飾提供指導(dǎo)。
　　 第五章中，我們對一系列B-RAF激酶V600E突變體的抑制劑進(jìn)行分子模擬研究。對接研究表明活性最高的代表化合物40與受體ATP結(jié)合口袋形成四個(gè)氫鍵相互作用：A環(huán)吡啶-N原子與鉸鏈區(qū)Cys531殘基形成氫鍵；脲基的羰基與NH分別與Asp593和Glu500殘基形成氫鍵。藥效團(tuán)模

9、型給出了影響化合物活性的5個(gè)重要藥效特征：兩個(gè)氫鍵受體、一個(gè)氫鍵給體、一個(gè)疏水特征及一個(gè)芳環(huán)特征?；诠补羌?、分子對接和藥效團(tuán)疊合的CoMFA和CoMSIA分析表明，利用分子對接疊合的構(gòu)象得到的模型具有最佳的預(yù)測能力，模型的三維等勢面圖能夠?yàn)檫@類抑制劑的修飾提供指導(dǎo)。
　　 第六章中，我們將分子對接和2D-QSAR方法應(yīng)用于MK-2激酶抑制劑的研究中。分子對接結(jié)果表明這類化合物與受體ATP結(jié)合口袋形成四個(gè)氫鍵相互作用。2D-Q

10、SAR分析研究了影響化合物生物活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明化合物包含的芳香環(huán)、氫鍵性質(zhì)、拓?fù)湫畔⒁约癗H基團(tuán)對這類抑制劑的活性影響很大，這為今后這類抑制劑的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)修飾提供了一定指導(dǎo)。
　　 第七章中，通過對一系列AP-1和NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活化作用的抑制劑進(jìn)行CoMFA和CoMSIA研究，來考察這些抑制劑分子周圍立體場、靜電場、氫鍵給體場和氫鍵受體場對化合物活性的影響。所得模型可以成功預(yù)測這類化合物的活性。根據(jù)模型的三