基于抗真菌药物新靶点的计算机辅助药物设计研究

摘要

近年来，随着广谱抗菌素、抗肿瘤药、免疫抑制剂的大量应用，放射治疗和器官移植的广泛进行，导管和插管的普遍开展，以及免疫缺陷患者尤其是艾滋病患者的急速增加，致使真菌感染特别是深部真菌感染大幅度上升，深部真菌感染现已成为艾滋病和肿瘤等重大疾病死亡的主要原因。与此相对应的是，目前临床上常用的抗真菌药物存在疗效有限、毒副作用大、抗菌谱窄和易产生耐药性等问题，远不能满足临床治疗需要。因此迫切需要开发出新一代广谱、低毒、高效的抗真菌药物。我们针对抗真菌药物作用的新靶点-N-肉豆蔻酰基转移酶(NMT)，采用计算机辅助药物设计技术进行了已有NMT抑制剂的3D-QSAR和分子对接研究，分析和识别了靶酶活性位点的重要药物结合点，并在此基础上开展了全新NMT抑制剂的虚拟高通量筛选研究。 1.苯并呋喃类NMT抑制剂的三维定量构效关系研究 采用比较分子力场分析法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)，系统研究了40个苯并呋喃类N-肉豆蔻酰基转移酶(NMT)抑制剂的三维定量构效关系。在CoMFA研究中，考察了网格点步长对模型统计结果的影响。在CoMSIA研究中，系统考察了各种分子场组合、网格点步长和衰减因子对模型统计结果的影响，发现立体场、静电场、疏水场和氢键受体场的组合可得到最佳模型。所建立的CoMFA和CoMSIA模型的交叉相关系数q2值分别为0.759和0.730，均具有较强的预测能力。利用CoMFA和CoMSIA模型的三维等值线图直观地解释了化合物的构效关系，阐明了化合物结构中苯并呋喃环上各位置取代基对抑酶活性的影响，为进一步结构优化提供了重要依据。 2.苯并噻唑类NMT抑制剂的三维定量构效关系和分子对接研究 采用CoMFA、CoMSIA和分子对接方法研究了苯并噻唑类NMT抑制剂的构效关系和作用模式。分子对接研究发现，氢键和疏水相互作用是该类化合物与靶酶的基本作用力。在进行3D-QSAR研究中，系统考察了各种参数对模型统计结果的影响。所建立的CoMFA和CoMSIA模型的交叉相关系数q2值分别为0.670和0.732，均具有较强的预测能力。3D-QSAR与分子对接的研究结果相吻合，证明了模型的可靠性。 3.白色念珠菌NMT中药物结合位点的多拷贝同时搜寻分析 为深入了解白色念珠菌NMT(CaNMT)活性位点的重要功能残基和功能区域的分布特征，采用多拷贝同时搜寻方法(MCSS)分析得到了CaNMT活性位点的疏水区域、氢键结合位点和负电性区域。MCSS计算结果显示，CaNMT活性位点有两个疏水性比较强的区域：一个区域由Tyr107、Tyr119、Val108、Phe117、Phe123、Ala127、Phe176和Leu337等残基组成；另一个区域由Phe115、Phe240和Phe339组成。CaNMT活性位点发现有两个氢键作用区域，其中Tyr119、His227、Asn392和Leu451是与已有抑制剂的氢键结合位点，Tyr107、Asn175、Thr211和Asp412是新发现的氢键结合位点，而且在NMT家族中高度保守，它们对设计新结构类型的CaNMT抑制剂具有重要作用。Leu451是负电性兼氢键作用位点，是抑制剂设计时所必需考虑的位点。上述研究结果为全新CaNMT抑制剂的设计和虚拟高通量筛选提供了思路。 4.NMT家族的进化踪迹分析研究 开展了NMT家族的蛋白多元序列联配研究，并构建了蛋白系统进化树。在此基础上，采用进化踪迹分析技术识别得到了NMT活性位点中肉豆蔻酰CoA结合位点、催化反应中心和抑制剂结合位点的重要功能残基。对白色念珠菌NMT活性位点中药物结合位点的研究发现，Trp126、Asn175和Thr211是NMT家族的高度保守残基，而且不与已有的抑制剂发生直接的相互作用，因此将是发现新型NMT抑制剂的重要药物结合位点。亚家族特异性残基Pro338、Leu350、Ile352和Ala353可作为已有抑制剂结构优化的重要靶点，据此设计的新化合物将有望进一步提高对真菌NMT的选择性。上述研究结果为进一步阐明NMT结构-功能关系和新型NMT抑制剂类抗真菌药物的设计提供重要信息。 5.全新NMT抑制剂的虚拟高通量筛选 在前面深入分析CaNMT活性位点重要药物结合残基的基础上，开展了基于SPECS数据库的虚拟高通量筛选。在筛选结果中成功发现了已有的苯并呋喃类抑制剂，证明了搜寻策略的可靠性。通过两种对接方法，联合打分策略结合图形学考察和类药性评价成功得到了25个与CaNMT具有高亲和力和高特异性的候选化合物，它们有望成为全新结构类型的CaNMT抑制剂。

目录

文摘

英文文摘

前言

独创性声明及学位论文使用授权书声明

第一章N-肉豆蔻酰基转移酶研究进展

第二章苯并呋喃类NMT抑制剂的3D-QSAR研究

第三章苯并噻唑类NMT抑制剂的3D-QSAR和分子对接研究

第四章白色念珠菌NMT中药物结合位点的MCSS分析

第五章NMT家族的进化踪迹分析研究

第六章全新NMT抑制剂的虚拟高通量筛选

附录一NMT家族的多元序列联配结果

研究生期间发表的论文

致谢