HIV-1蛋白酶抑制劑解離速率常數(shù)的定量預(yù)測及解離機(jī)理研究.pdf

1、藥物與受體結(jié)合與解離動力學(xué)性質(zhì)是影響藥效的重要因素。然而截止目前，對藥物與受體結(jié)合與解離動力學(xué)性質(zhì)的定量預(yù)測研究尚不多見。論文以HIV-1蛋白酶抑制劑(Protease Inhibitors,PIs)為研究對象，采用定量構(gòu)效關(guān)系(Quantitative Structure-Activity Relationship,QSAR)、分子對接(Molecular Docking)、分子動力學(xué)模擬(Molecular Dynamics,MD)

2、等計算模擬方法，對小分子抑制劑與HIV-1蛋白酶結(jié)合的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了定量預(yù)測與解離機(jī)理研究。論文研究結(jié)果可為HIV-1 PIs藥物研發(fā)以及解離機(jī)理研究提供重要的理論參考依據(jù)。
　　主要研究內(nèi)容和結(jié)果：
　　①HIV-1蛋白酶抑制劑結(jié)合/解離速率常數(shù)的定量預(yù)測研究：采用3-D分子場Volsurf描述子以及物化性質(zhì)類描述子對37個HIV-1 PIs進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用偏最小二乘(Partial Least Sq

3、uares,PLS)和支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)分別對解離速率常數(shù)（-log(koff)）、結(jié)合速率常數(shù)（log(kon)）以及解離平衡常數(shù)（-log(KD)）進(jìn)行了QSAR研究。研究結(jié)果顯示：Volsurf方法可較好表征與小分子結(jié)合與解離相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征，所建立的構(gòu)效關(guān)系模型既可準(zhǔn)確預(yù)測解離平衡常數(shù)，亦可準(zhǔn)確預(yù)測解離速率常數(shù)和結(jié)合速率常數(shù)，且三個模型具有較好的可解釋性和一致性。模型分析結(jié)果表明：9

4、個Volsurf描述子：BV31-OH2、BV12-OH2、Cw5-OH2、ID6-DRY、D23-DRY、HB1-O、W6、CP和D23-OH2是決定37個HIV-1 PIs與蛋白酶結(jié)合/解離動力學(xué)性質(zhì)的主要因素。
　　②HIV-1 PIs分子對接研究?；谝延蠬IV-1蛋白酶晶體結(jié)構(gòu)(1AJX)，采用Surflex方法結(jié)合5種打分函數(shù)，對37個HIV-1 PIs進(jìn)行了分子對接研究。研究結(jié)果顯示：5種打分函數(shù)的對接得分與解離平衡

5、常數(shù)無顯著相關(guān)性，且均不能準(zhǔn)確預(yù)測抑制劑與HIV-1蛋白酶的結(jié)合自由能大小。推測可能的原因有如下兩點(diǎn)：1)分子對接無法考慮HIV-1蛋白酶Flap部分的構(gòu)象變化；2)打分函數(shù)不能準(zhǔn)確預(yù)測抑制劑與受體的疏水性相互作用。
　?、跦IV-1 PIs分子動力學(xué)模擬。以分子對接得分最高的構(gòu)象為初始構(gòu)象，對37個HIV-1蛋白酶復(fù)合物進(jìn)行了MD模擬研究。研究結(jié)果顯示：經(jīng)10ns的MD模擬，37個復(fù)合物體系在結(jié)構(gòu)和能量上均達(dá)到了平衡狀態(tài)。對7個

6、臨床藥物復(fù)合物體系的最低能量構(gòu)象分析結(jié)果顯示：藥物小分子與Asp25、Asp29和Asp30殘基的氫鍵作用，以及與Leu23、Ala28、Val32、Ile47、Ile50、Phe53、Pro81、Val82、Ile84、Leu23’、Ala28’、Ile47’、Ile50’、Pro81’、Val82’和Ile84’等殘基的疏水相互作用是影響親和活性的重要因素；此外，藥物與Flap區(qū)Ile47、Gly48、Gly49、Ile50、Ile

7、47’、Gly48’、Gly49’和 Ile50’等殘基的疏水作用對維持 Flap區(qū)封閉狀態(tài)具有重要意義。
　　④37個HIV-1 PIs解離過程的拉伸動力學(xué)模擬(Steered molecular dynamics,SMD)研究?；贛D軌跡最后2ns的最低能量構(gòu)象，對小分子抑制劑進(jìn)行SMD研究。基于SMD拉伸軌跡，分別計算配體與受體關(guān)鍵殘基間的靜電相互作用、范德華相互作用以及總相互作用，得到表征解離過程的2880個相互作用指紋

8、圖譜描述子。在此基礎(chǔ)上，以解離速率常數(shù)為目標(biāo)變量，采用向前逐步回歸結(jié)合 PLS回歸進(jìn)行定量構(gòu)效關(guān)系研究。研究結(jié)果顯示：僅采用5個描述子的最優(yōu)PLS模型的決定系數(shù)(R2)、3-fold交互驗證的決定系數(shù)(Q2)和外部預(yù)測的決定系數(shù)(R2pred)分別為0.749，0.742和0.834。經(jīng)Y隨機(jī)排序驗證以及隨機(jī)重復(fù)取樣建模，結(jié)果表明模型具有較好的魯棒性和預(yù)測能力。研究結(jié)果表明：HIV-1蛋白酶A鏈Asp25、Ile47和Ile50以及B鏈