HIV融合抑制劑的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、到2005底，美國食品與藥品管理局共批準(zhǔn)了27種抗HIV藥物上市，這些藥物以及高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒聯(lián)合療法(Highly Active．Antiretroviral Therapy，HAART)的應(yīng)用改善了病人臨床治療效果，但由于病毒的逆轉(zhuǎn)錄酶在復(fù)制過程中的高頻突變和抗病毒藥物產(chǎn)生的選擇壓力，導(dǎo)致病毒產(chǎn)生耐藥性。因此艾滋病病毒(HIV)感染仍是整個(gè)世界面臨的醫(yī)學(xué)難題，為了治療和預(yù)防艾滋病，研發(fā)安全高效的抗-HIV藥物是非常緊迫的。阻斷病毒進(jìn)

2、入細(xì)胞為艾滋病的治療提供了新的機(jī)遇，故開發(fā)針對病毒進(jìn)入細(xì)胞為靶點(diǎn)的高效低毒抑制劑是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 盡管研發(fā)新藥是一件耗資巨大的工作，當(dāng)前每種新藥的開發(fā)大約需要8億美元。為了獲得更高的利潤，很多制藥公司迫切需要想辦法降低研發(fā)費(fèi)用。為了實(shí)現(xiàn)該目的，許多公司開始研究及使用計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)(Computer-Aided Dmg Design，CADD)方法。CADD方法不僅能夠降低藥物開發(fā)中的投資，節(jié)省有限的實(shí)驗(yàn)資源，減少盲目的浪費(fèi)

3、，而且還能縮短藥物開發(fā)的周期。它主要分為兩類方法：基于機(jī)理的藥物設(shè)計(jì)以及基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)。當(dāng)前使用的主要方法有：分子對接，即將配體或藥物對接到特定的靶點(diǎn)；化學(xué)信息學(xué)，即采用統(tǒng)計(jì)方法研究結(jié)構(gòu)和生物活性的關(guān)系；以及生物信息學(xué)，即從基因庫獲得藥物的作用靶點(diǎn)。 本文采用CADD方法研究了三個(gè)方面的內(nèi)容，包括：HIV-1 gp41和抑制劑的相互作用、結(jié)合自由能以及結(jié)合模式；擬肽抑制劑的設(shè)計(jì)；融合抑制劑恩夫韋地(Enfuvirtide)的

4、耐藥性。本論文主要包括以下三個(gè)部分： 1．抗HIV-1多肽融合抑制劑的設(shè)計(jì)研究 1．1 HIV-1跨膜蛋白gp41與多肽抑制劑的分子動力學(xué)模擬為了研究跨膜蛋白gp41和多肽抑制劑的相互作用，采用分子動力學(xué)(MD)模擬和分子對接方法研究了gp41的HRl區(qū)和來源于HR2區(qū)的含14個(gè)氨基酸殘基的多肽(C14wt and C14linkmid)復(fù)合物。首先用Autodock 3.0將兩個(gè)多肽對接到gp41的疏水口袋，然后用GR

5、OMACS 3.0進(jìn)行MD模擬，最后再用線性相互作用能(LIE)方法計(jì)算結(jié)合自由能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合物C14linkmid-N45和C14wt-N45的計(jì)算結(jié)合自由能(分別為-25.17和-20.99 kJ/mol)，與實(shí)驗(yàn)值(分別為-25.42和-18.83 kJ/mol)基本一致。另外，研究結(jié)果表明多肽螺旋環(huán)的穩(wěn)定性和抑制劑的活性具有相關(guān)性。MD模擬的結(jié)果表明，來自C14wt的 Trp628、Gln629、Asp632插入到gp41的疏

6、水口袋中，使之產(chǎn)生的相互作用，來自C14linkmid的Trp628、Gln629、Asp632和Gln636等殘基和gp41的疏水口袋之間存在疏水相互作用。模擬結(jié)果表明用化學(xué)鍵連接可以提高多肽抑制劑的穩(wěn)定性和抑制活性。 1．2抗HIV-1擬肽抑制劑的設(shè)計(jì)Sia等人研究表明，C14linkmid具有較強(qiáng)的抗HIV-1的活性。為了設(shè)計(jì)的 C14linkmid擬似物，采用MD模擬詳細(xì)研究了C14linkmid和gp41的疏水口袋的相

7、互作用。在1.1結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用我們以前及他人的研究成果設(shè)計(jì)了四個(gè)C14linkmid的擬肽。結(jié)果表明C14mimic3和C14mimic4的結(jié)合自由能(分別為-26.29和-26.55 kJ/mol)小于C14linkmid的結(jié)合能。通過研究 C14mimic4-N45的復(fù)合物，表明結(jié)合的活性區(qū)包括Trp628、Trp631、Glu634、 Ilie635和Tyr638等殘基。 2．抗HIV-1小分子融合抑制劑的研究

8、 2．1 跨膜蛋白gp41與小分子的結(jié)合模式用Antodock 3.0程序?qū)⑿》肿右种苿拥絞p41的疏水口袋，獲得五個(gè)較好的結(jié)合模式。用分子力學(xué)-泊松波耳茲曼-溶劑可接近表面積(MM-PBSA)來預(yù)測抑制劑的活性以及受體-配體之間的結(jié)合自由能。根據(jù)前人的研究結(jié)果優(yōu)選結(jié)合模式，最后找到了一個(gè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合比較好的結(jié)合模式。 2．2跨膜蛋白gp41與小分子抑制劑的結(jié)合自由能計(jì)算用分子對接、 MD模擬和結(jié)合自由能量計(jì)算方法研究了g

9、p41和小分子復(fù)合物的相互作用，通過研究發(fā)現(xiàn)計(jì)算出的結(jié)合自由能量值和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。此外采用能量分解的方法進(jìn)一步分析了結(jié)合自由能的各個(gè)組成部分，發(fā)現(xiàn)疏水相互作用對自由能的貢獻(xiàn)最大。這些結(jié)果可用于以HIV-1 gp41疏水口袋為靶點(diǎn)的抗HIV-1抑制劑的設(shè)計(jì)。 3．抗HIV-1融合抑制劑耐藥機(jī)理研究 恩夫韋地(Enfuvirtide)是一個(gè)來源于gp41 HR-2區(qū)的含36個(gè)氨基酸殘基的抑制劑，它通過結(jié)合到gp41的HR

10、1區(qū)來阻斷病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞。gp41的單個(gè)或多個(gè)殘基發(fā)生突變(包括N42、N43、或S138)均不同程度的引起病毒耐藥。由于缺少gp41的三級結(jié)構(gòu)，我們用同源模建方法構(gòu)建了它的膜外區(qū)，用 PROCHECK程序檢驗(yàn)表明，模建的結(jié)構(gòu)是合理的。為了研究為何在活性位點(diǎn)附近的少數(shù)殘基發(fā)生突變就會引起病毒產(chǎn)生耐藥，我們研究了雙突變體(N43D/S138A)的MD軌跡。另外，還從野生型的MD軌跡上選擇四個(gè)構(gòu)象作為MD模擬的起始構(gòu)象，來研究初始構(gòu)象的選