计算机辅助筛选磷酸二酯酶选择性抑制剂的研究-药物化学专业论文.docx

中同医学科学院中国协和医科大学硕上研究生学位论文摘 中同医学科学院中国协和医科大学硕上研究生学位论文 摘 要 目的： 坏磷酸腺苷酸(cyclic adenosine一3’，5’-monophosphate，cAMP)和环磷酸鸟苷酸(cyclic guanosine．．3，5’monophosphate，cGMP)是细胞内重要的第二信使，其在体内水平的高低直接 影响省多种重要的生理功能。如高血压、心绞痛、充血性心衰、勃起功能障碍、哮喘、 视觉障碍等，均与细胞内cAMP或cGMP水平下降有关。为提高细胞内cAMP和cGMP的水平， 可通过激活腺苷酸环化酶(adenylyl cyclases，AC)和鸟苷酸环化酶(guanylyl cyclases， Go)或抑制磷酸二酯酶(cyclic nucleotide phosphodiesterases，PDEs)两种途径来实现。多 年来的研究证明，PDEs及其同工酶在调节cAMP和cGMP细胞内水平中扮演着重要的角色。 由了IPDgs同工酶为一个大家族，其结构、体内分布、生化特性及生理功能不尽相同， 迄今为止，已发现的PDEs有1 1种之多，而且在人体内分布广泛，生理作用涉及多个研 究领域。 PDE酶作为多种疾病的治疗靶点，其生化过程已很明确，其晶体结构和活性部 位也比较清楚，研究进展较快。目前己报道的PDEs抑制剂大多为PDE3，PDE4，PDE5 三类结构，截至2005年为止，已有3个PDE5抑制剂和4个PDE3抑制剂投入临床使 用，20多个PDE4抑制剂已进入了临床研究，另有两个PDE4抑制剂待审批，而正处 于研究丌发阶段的化合物仍有上百个。因此，PDEs作为新的治疗靶点，其抑制剂的研 究已成为前景乐观的新药领域，引起了众多学者的广泛关注。 本研究通过计算机辅助筛选的方法研究磷酸二酯酶(PDEs)同功酶及其选择性抑制 剂的选择特异性，来寻找PDEs专属性药物，进一步以此指导合成出特定结构的化合物 或埘现有化合物进行结构改造，为得到特异性高，疗效强，副作用低，同时具有更好 的药代动力学特征的新药提供理论依据。 方法： 首先对PDEs的一级序列及晶体结构进行了同源性研究，然后从晶体结构出发，通 过配体和受体的对接计算及分子动力学研究，分析了PDEs抑制剂与PDEs的选择性。 v^／＼，、／、‘、—，／ 从理论上提出了POEs抑制剂的底物选择性。本研究的主要内容摘要如下： 1．PDEs的氨基酸序列比对 对已经报道的833个PDE的序列进行了比对，采用Vector9．0软件包的AlignX模 块进行序列比对。此后对已有晶体结构的60个PDEs一级序列进行了同源性比对。 2．PDEs晶体结构的分析 中国医学科学院中国协和医科大学钡十研究生学位论文我们在研究药物机理和设计药物时通常都以已知结构为基础进行。所以，本课题 中国医学科学院中国协和医科大学钡十研究生学位论文 我们在研究药物机理和设计药物时通常都以已知结构为基础进行。所以，本课题 又分析了已知立体结构的PDE酶序列相似性，利用SPDV软件，对60个已知晶体结构 的PDEs进行类别内及类别间的相似性研究。 3，模拟对接 依照上两项研究的结果，从60个已知晶体结构的PDE中选取15个有代表性的， 并目．带有底物的酶作为受体，与目前已报道的32个化合物进行对接计算。采用实验上 常用的阳性对照方法来判断。为了消除配体分子本身对结果的影响，我们在正式对接 前还考察了分子量对结果的影响。对接计算软件采用Sybyl7．0软件包的FlexX／Run muLi-ligand模块和Amber99力场，取复合物中原配体周围8 A范围为活性位点 (active—site)进行分子对接，采用经验结合自由能函数作为打分函数来评价对接结 粜。 结果： I．PDEs的氨基酸序列比对 根据一级结构分成14类，包括目前报道的1 1个家族和3个亚家族。对比对的 序列对应位置上的残基进行了宏观性质指标(包括：极性、柔性、构象参数等)分析， 结果表明各种来源的PDE酶结构上有较大的相似性。 对文献报道的60个晶体结构进行了相似性研究，结果表明其具有较高的相似度， 一体结构框架基本一致。通过在833个PDE所分成的14类结构中分别选择一些序列与 晶体结构的序列进行比较，发现在晶体结构中都可以找到与它们近似的序列，表明晶 体结构具有，“泛的代表性。因此基于现有晶体结构进行的药物选择性研究显得更有意 义。 2．PDEs晶体结构的分析 已知结构的PDE坐标叠合结果表明，同一家族的PDE晶体结构其空间骨架比较接 近，不同家族的PDE由于序列上存在不同程度的差异，导致晶体结构的空间骨架略有 芹异，但大部分序列的骨架还是比较接近，各结构中对应部分的二级结构都处在较相