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基因組復制的關鍵酶之一，也是研究抗HIV/AIDS藥物的一個重要靶酶。HIV-1蛋白酶主要作用于HIV-1 gag和gag-pol基因編碼的長鏈蛋白前體，并將其切割為一系列結構蛋白（p17、p24、p7、p6、p2、p1）和功能蛋白（蛋白酶PR、逆轉錄酶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在被感染的細胞中產生不成熟的不具感染性的病毒顆粒，從而達到使病毒不能正常裝配、抑制HIV-1的目的。因此，HIV-1蛋白酶抑制劑的設計一直是研發(fā)抗艾滋病藥物的熱點。目前，經美國FDA批準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、不良反應大等缺點，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，已成為當前HIV-1蛋白酶抑制劑設計的熱點和難點。
　　 自1989年解析出第一個HIV-1蛋白酶晶體結構至今，蛋白數(shù)據(jù)庫（protein data bank，PDB）中收錄的HIV-1蛋白酶及其抑制劑復合物的結構已經超過350個。這些結構所提供的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蛋白酶結構和底物結構的藥物設計提供了很好的基礎。同時，Chellappan等人在研發(fā)抗耐藥性HIV-1蛋白酶抑制劑時也總結出三條路徑：（一），針對野生型HIV-1蛋白酶設計出親合力很強的抑制劑，讓其在與突變型HIV-1蛋白酶作用時依然保持較強的抑制活性；（二），設計非對稱、柔性抑制劑，讓其在與野生型和突變型HIV-1蛋白酶作用時，通過改變自身構象達到與受體穩(wěn)定結合的目的；（三），依據(jù)“底物包膜”假說設計抑制劑，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計成功的?！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)系設計藥物，設計出的藥物可以讓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。
　　 本實驗基于“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的活性構象為模板構建藥效團模型。綜合應用基于配體的藥物設計方法和基于靶點的藥物設計方法，即采用基于藥效團模型的數(shù)據(jù)庫篩選方法、分子對接方法和分子動力學模擬相結合的方法，提高新先導化合物發(fā)現(xiàn)的命中率和速率，從中藥化學數(shù)據(jù)庫中篩選出結構新穎的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，綜合應用基于配體的藥物設計方法和基于靶點的藥物設計方法，從中藥化學數(shù)據(jù)庫中篩選出結構新穎的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與蛋白酶作用時的活性構象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團模型并基于此藥效團模型對中藥化學數(shù)據(jù)庫進行初篩。
　　 采用分子對接方法進一步考察篩選后的化合物與HIV-1蛋白酶結合情況及其與“底物包膜”符合程

8、度，優(yōu)先選出三個化合物Annomonicin、大麻二醇酸和去乙酰蟾蜍它靈；應用分子動力學模擬方法對這三個化合物進行動力學模擬，觀察它們與蛋白酶結合的復合物在動力學模擬過程中的穩(wěn)定性并計算其勢能和結合自由能，綜合評價篩選結果，最終確定化合物Annomonicin具有更潛在的深入研究價值。
　　 結果：以現(xiàn)有HIV-1蛋白酶抑制劑Darunavir與蛋白酶作用時的活性構象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團模型，得到五點藥效團模型

9、；基于所建藥效團模型對中藥化學數(shù)據(jù)庫進行搜索，得到113個化合物；應用分子對接方法對初篩的化合物進行精篩，優(yōu)先選出3個結果較好的化合物作為候選化合物；通過理論研究和分析，Annomonicin有更好的深入研究價值。
　　 結論：
　　 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與蛋白酶作用時的活性構象和相互作用信息為依據(jù)，直接抽提出藥效團模型并