基于“底物包膜”假說篩選新型HIV-1蛋白酶抑制劑.pdf

1、人類免疫缺陷病毒Ⅰ型（human immunodeficiency virus typeⅠ，HIV-1）編碼的天冬氨酸蛋白酶是HIV-1基因組復(fù)制的關(guān)鍵酶之一，也是研究抗HIV/AIDS藥物的一個(gè)重要靶酶。HIV-1蛋白酶主要作用于HIV-1 gag和gag-pol基因編碼的長(zhǎng)鏈蛋白前體，并將其切割為一系列結(jié)構(gòu)蛋白（p17、p24、p7、p6、p2、p1）和功能蛋白（蛋白酶PR、逆轉(zhuǎn)錄酶RT、單核糖核酸酶RH和整合酶IN），這些均是HI

2、V-1前病毒顆粒組裝為成熟的、具感染力的病毒顆粒所必需的蛋白。HIV-1蛋白酶抑制劑主要抑制HIV-1蛋白酶的活性，使HIV-1在被感染的細(xì)胞中產(chǎn)生不成熟的不具感染性的病毒顆粒，從而達(dá)到使病毒不能正常裝配、抑制HIV-1的目的。因此，HIV-1蛋白酶抑制劑的設(shè)計(jì)一直是研發(fā)抗艾滋病藥物的熱點(diǎn)。目前，經(jīng)美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的此類抑制劑已有10種，但是這些抑制劑多為擬肽類藥物，有生物利用度低、不良反應(yīng)大等缺點(diǎn)，尤其是容易受到HIV-1蛋白酶突變

3、的影響，出現(xiàn)病毒耐藥和多藥交叉耐藥問題，而使得現(xiàn)有的上市抑制劑難以再發(fā)揮其原有的藥效。因此，如何研發(fā)出高效、抗病毒耐藥的非肽類抑制劑，已成為當(dāng)前HIV-1蛋白酶抑制劑設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 自1989年解析出第一個(gè)HIV-1蛋白酶晶體結(jié)構(gòu)至今，蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)（protein data bank，PDB）中收錄的HIV-1蛋白酶及其抑制劑復(fù)合物的結(jié)構(gòu)已經(jīng)超過350個(gè)。這些結(jié)構(gòu)所提供的HIV-1蛋白酶和抑制劑之間的相互作用信息為基于H

4、IV-1蛋白酶結(jié)構(gòu)和底物結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)提供了很好的基礎(chǔ)。同時(shí)，Chellappan等人在研發(fā)抗耐藥性HIV-1蛋白酶抑制劑時(shí)也總結(jié)出三條路徑：（一），針對(duì)野生型HIV-1蛋白酶設(shè)計(jì)出親合力很強(qiáng)的抑制劑，讓其在與突變型HIV-1蛋白酶作用時(shí)依然保持較強(qiáng)的抑制活性；（二），設(shè)計(jì)非對(duì)稱、柔性抑制劑，讓其在與野生型和突變型HIV-1蛋白酶作用時(shí)，通過改變自身構(gòu)象達(dá)到與受體穩(wěn)定結(jié)合的目的；（三），依據(jù)“底物包膜”假說設(shè)計(jì)抑制劑，使其抑制HIV-1

5、的活性不受或很少受蛋白酶突變的影響。Darunavir是研發(fā)成功的第一個(gè)抗耐藥性HIV-1蛋白酶抑制劑，它是依據(jù)增大酶一抑制劑間的親和力思想設(shè)計(jì)成功的?！暗孜锇ぁ奔僬f是依據(jù)藥物的范德華體積與HIV-1蛋白酶氨基酸突變的出現(xiàn)部位之間的潛在聯(lián)系設(shè)計(jì)藥物，設(shè)計(jì)出的藥物可以讓HIV-1蛋白酶減少因藥物治療的選擇性壓力而產(chǎn)生突變，也可以不受或少受HIV-1蛋白酶突變的影響。這三條路徑都為高效、抗病毒耐藥的非肽類HIV-1蛋白酶抑制劑的研發(fā)提供了

6、可行的思路。
　　 本實(shí)驗(yàn)基于“底物包膜”假說，力求提高藥物與受體的親和力，以現(xiàn)有HIV-1蛋白酶抑制劑darunavir的活性構(gòu)象為模板構(gòu)建藥效團(tuán)模型。綜合應(yīng)用基于配體的藥物設(shè)計(jì)方法和基于靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)方法，即采用基于藥效團(tuán)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)篩選方法、分子對(duì)接方法和分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法，提高新先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)的命中率和速率，從中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出結(jié)構(gòu)新穎的HIV-1蛋白酶抑制劑。
　　 目的：基于“底物包膜”假說和提高

7、藥物與受體的親和力，綜合應(yīng)用基于配體的藥物設(shè)計(jì)方法和基于靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)方法，從中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出結(jié)構(gòu)新穎的HIV-1蛋白酶抑制劑。
　　 方法：基于“底物包膜"假說，以現(xiàn)有HIV-1蛋白酶抑制劑Darunavir與蛋白酶作用時(shí)的活性構(gòu)象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團(tuán)模型并基于此藥效團(tuán)模型對(duì)中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行初篩。
　　 采用分子對(duì)接方法進(jìn)一步考察篩選后的化合物與HIV-1蛋白酶結(jié)合情況及其與“底物包膜”符合程

8、度，優(yōu)先選出三個(gè)化合物Annomonicin、大麻二醇酸和去乙酰蟾蜍它靈；應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)這三個(gè)化合物進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，觀察它們與蛋白酶結(jié)合的復(fù)合物在動(dòng)力學(xué)模擬過程中的穩(wěn)定性并計(jì)算其勢(shì)能和結(jié)合自由能，綜合評(píng)價(jià)篩選結(jié)果，最終確定化合物Annomonicin具有更潛在的深入研究?jī)r(jià)值。
　　 結(jié)果：以現(xiàn)有HIV-1蛋白酶抑制劑Darunavir與蛋白酶作用時(shí)的活性構(gòu)象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團(tuán)模型，得到五點(diǎn)藥效團(tuán)模型

9、；基于所建藥效團(tuán)模型對(duì)中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，得到113個(gè)化合物；應(yīng)用分子對(duì)接方法對(duì)初篩的化合物進(jìn)行精篩，優(yōu)先選出3個(gè)結(jié)果較好的化合物作為候選化合物；通過理論研究和分析，Annomonicin有更好的深入研究?jī)r(jià)值。
　　 結(jié)論：
　　 1.基于“底物包膜”假說，力求提高藥物與受體的親和力，
　　 以抗耐藥性HIV-1蛋白酶抑制劑Darunavir與蛋白酶作用時(shí)的活性構(gòu)象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團(tuán)模型并