来源于天然产物的基质金属蛋白酶(MMPs)抑制剂

基质金属蛋白酶（MMPs）参与一系列重大疾病的病理过程,基质金属蛋白酶抑制剂具有广阔的药用前景。本文概述了基质金属蛋白酶抑制剂的研究历史和最新的研究理念。重点回顾总结了天然产物中基质金属蛋白酶的活性抑制成分和对基质金属蛋白酶转录表达抑制的天然产物成分以及这些化合物的抗癌效果。     

基质金属蛋白酶与天然黄酮醇类药物抑制剂识别机理的光谱学研究

基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteiriases, MMPs)是肿瘤细胞对正常组织的侵袭和转移过程中重要的调节因子, 可以水解多种细胞内、细胞外及细胞膜上的底物, 因而影响着多种细胞的行为.当MMPs表达异常时, 很多种病理会改变甚至恶化, 因此, MMPs已成为近年来备受关注的一类抗肿瘤药物靶标蛋白酶. 选用MMPs的几种天然黄酮醇类药物小分子抑制剂,利用荧光滴定光谱和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱相结合, 研究了它们与MMPs家族成员之一MMP-16之间的分子识别和作用机理. 研究结果表明, 这几种黄酮醇化合物不但对MMP-16显示出了较强的结合能力, 而且在结合模式、结合比和抗氧化性能等多方面都表现出了很强的结构-性能差异.     

基质金属蛋白酶抑制剂设计的研究进展*

基质金属蛋白酶(MMP) 是一类含锌的水解酶, 过量的MMP会加速细胞外基质的降解并导致一系列的疾病, 例如癌症、关节炎和多发性硬化症等。因此MMP抑制剂的研究已成为药物设计研究领域中的一个热门课题。近年来, 科学家们发展了三种分子设计的方法, 包括基于底物的药物设计、基于结构的药物设计和组合化学技术。本文介绍了这些方法的原理及其在MMP抑制剂设计中的应用和进展。     

双膦酸化合物对基质金属蛋白酶的抑制效应及机理

根据基质金属蛋白酶(MMPs)的活性位点附近三维空间结构, 设计合成了4种双膦酸类化合物, 利用酶促反应动力学方法对比测试了双膦酸化合物及阿伦磷酸钠(Alendronate)对MMPs的抑制效果; 结合分子对接方法以及荧光滴定光谱研究了双膦酸化合物与MMPs的分子识别和作用机理, 并得到了二者的结合模型.     

腺苷酸琥珀酸合成酶与其抑制剂的分子机制研究

利用密度泛函B3LYP方法选择6-31G(d)基组对腺苷酸琥珀酸合成酶(AdSS)天然抑制剂及其衍生物的结构进行优化,并对其稳定性进行了分析,同时采用Mulliken键序、原子电荷分布、表观静电势等对AdSS抑制剂及其衍生物电子结构与其生物活性相关性进行了理论研究.基于腺苷酸琥珀酸合成酶(AdSS)与其底物肌苷单磷酸(IMP)复合物的晶体结构以及获得的天然抑制剂衍生物稳定构象,利用分子对接、分子力学优化及常温分子动力学模拟对AdSS酶与天然抑制剂及其衍生物的相互作用复合物结构进行理论预测.结果表明,AdSS酶的系列抑制剂中磷酸根基团和乙内酰脲(Hydantoin)官能团构成药效团模型,识别过程中范德华相互作用能的贡献大于静电相互作用能.     

膀胱癌分子标志物基质金属蛋白酶1的可溶性表达和尿液中的活性分析

通过分离人胚胎肾细胞(HEK293)中基质金属蛋白酶1(MMPl)基因序列,利用基因工程技术在大肠杆菌中表达并纯化了包涵体复性的MMP1;采用融合表达硫氧还蛋白(Thioredoxin,TrxA)的方法获得了可溶性的MMPl-TrxA复合蛋白,在TrxA蛋白和MMP1活性中心之间引入了一个肠激酶切割位点,通过酶切作用获得可溶性MMP1.明胶酶谱分析法对体外表达的MMP1和体内(尿液中)MMP1进行了分析比较.结果表明,TrxA蛋白能够显著提高MMP1的可溶性,且可溶性MMP1的明胶降解活性是复性的MMP1降解活性的1.54倍,与尿液中的MMP1的明胶酶降解活性相当.因此,明胶酶谱法是一种有效的、高灵敏的MMP1检测方法,所表达的可溶性MMP1为小分子探针筛选提供了更可靠的分子靶点.     

基质金属蛋白酶活性中心肽段的合成及纯化

基质金属蛋白酶(MMPs)是一类生物活性依赖于钙锌离子,能降解细胞外基质(extracellar matrix,ECM)的酶家族.目前已发现26个成员,越来越多的研究表明,MMPs在肿瘤侵袭转移中起着重要作用,此作用不仅仅限于它有利于细胞外基质的降解,还对肿瘤微环境的维持和促进肿瘤生长起着重要作用[1].     

桑色素与基质金属蛋白酶中催化锌离子相互作用机理的理论研究

运用PM6量子化学计算方法, 并通过设计配体交换反应, 研究了桑色素与基质金属蛋白酶(MMPs)中催化锌离子(Zn^2＋)的相互作用机理. 研究发现, 当桑色素分子中A, B, C环上不同部位的基团与MMPs中催化锌离子络合时, 发生了电子从桑色素分子向催化锌离子的转移, 且电子转移越多, 越有利于增强它们之间的络合能力. 进一步研究发现, 在桑色素分子的不同部位基团中, 以4位羰基的氧原子与MMPs中催化锌离子的络合能力最强, 这表明桑色素应主要通过其4位羰基对MMPs产生抑制作用, 而不是其它部位的羟基. 回归分析结果显示, 计算得到的6个配体交换反应的自由能变化(DG₂₉₈)与反应生成的各络离子中的Zn—O键长、桑色素分子的总原子电荷以及配位O原子的电荷之间均存在着较好的线性相关性. 我们的计算结果与文献中相关的实验和理论结果一致. 有关作用机理的研究结果可为将来通过对桑色素分子进行结构修饰、以设计出生物活性有显著提高的MMPs抑制剂提供重要参考.     

HIV蛋白酶抑制剂——利迪链菌素的分子对接研究

用分子对接的方法, 对利迪链菌素的抗HIV蛋白酶活性进行了研究. 为了更准确地反映利迪链菌素分子与酶蛋白结合的情况, 充分考虑受体活性部位的柔性, 采用了FlexX(初步对接)和Flexidock(精确对接)分两步将配体与受体进行对接. 在初步对接中, 设计了不同的受体活性部位来考察是否有结合水分子参与抑制剂与酶的结合. 对一种作用方式已知的非肽类HIV蛋白酶抑制剂Aha006进行的对接研究显示, 分子模拟的结果与实际情况吻合得较好, 证明了本文所采用的方法的可靠性. 利迪链菌素与蛋白酶活性部位的对接结果显示, 配体分子与受体之间的结合没有结合水分子的参与, 两者通过5对氢键作用结合成为稳定的复合物. 利迪链菌素占据结合腔, 覆盖了蛋白酶的活性三联体Asp25-Thr26-Gly27, 从而起到抑制其生物活性的作用.     

同轴电喷-去模板法制备具有金属基质蛋白酶响应性的纳米载体

通过化学键偶联的形式在聚乳酸(PLA)分子链中引入了可被金属基质蛋白酶(MMP-2)特异性降解的多肽peptide(GPLGIAGQ)单元,得到具有金属基质蛋白酶响应性的聚合物PLA-b-peptide-b-PLA.通过同轴电喷方法制备得到以PLA-b-peptide-b-PLA和抗肿瘤药物DOX的混合物作为内核,亲水性聚乙二醇(PEG)作为外壳的,具有核-壳结构的载药微球.其中水溶性的PEG壳层可在水环境中迅速脱除,将载药微球的尺寸从微米级减小到纳米尺度,可以达到药物载体系统在输运的循环过程中的尺寸递减.制备的纳米载体可在金属基质蛋白酶存在的环境中,响应性释放所包载的抗肿瘤药物,实现药物的控制释放.     

铂催化2-烯炔苯甲醛水合环化反应的机理及化学选择性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的计算方法, 研究了铂催化2-烯炔基苯甲醛水合环化反应的微观机理及化学选择性的根源. 计算结果表明, 首先炔基被催化活化而发生亲核环化生成吡喃铂中间体; 接着吡喃铂中间体与烯烃双键发生[3+2]环加成生成铂-碳卡宾复合物; 之后, 反应将沿2条路径进行, 得到产物3a或4a, 其中4a的生成需经两步水分子辅助的质子转移过程. 生成产物3a需要克服的活化能垒为146.5 kJ/mol; 对4a的生成, 烯醇式和酮式互变异构是决速步聚, 当一个水分子参与反应时, 对应的能垒为185.8 kJ/mol, 当2个和3个水分子参与反应时, 能垒分别降低到128.1和64.9 kJ/mol. 因此, 水分子参与催化得到产物4a的路径是有利的. 另外, 反应的选择性与在异构化过程中水的共催化作用有关. 以上结果很好地解释了实验现象, 并为铂催化水环化反应提供新的见解.     

Reactions of Group V Metal Atoms with Hydrogen Sulfide:Argon Matrix Infrared Spectra and Theoretical Calculations

The reaction of laser-ablated vanadium, niobium and tantalum atoms with hydrogen sulfide has been investigated using matrix isolation FTIR and theoretical calculations. The metal atoms inserted into the H-S bond of H₂S to form the HMSH molecules (M=V, Nb, Ta), which rearranged to H₂MS molecules on annealing for Nb and Ta. The HMSH molecule can also further react with another H₂S to form the H₂M(SH)₂ molecules. These new molecules were identified on the basis of the D₂S and H₂³⁴S isotopic substitutions. DFT (B3LYP and BPW91) theoretical calculations are used to predict energies, geometries, and vibrational frequencies for these novel metal dihydrido complexes and molecules. Reaction mechanism for formation of group V dihydrido complex was investigated by DFT internal reaction coordinate calculations. The dissociation of HVSH gave VS+H₂ on broad band irradiation and reverse reaction happened on annealing. Based on B3LYP calculation releasing hydrogen from HVSH is endothermic only by 13.5 kcal/mol with lower energy barrier of 16.9 kcal/mol.     

新型二维碳化物晶体储锂性能的理论研究

MXenes是一类新型的二维金属碳化物或碳氮化物.本文使用密度泛函理论,分别研究了其中Ti₂C、Nb₂C和V₂C的结构与储锂性能,以及表面氟(F)官能团对其结构和储锂性能的影响.吸附能、态密度和电荷布居的计算结果表明:该二维晶体表面可以吸附双层锂原子. Ti₂C、V₂C和Nb₂C最高储Li的理论比容量分别为995.04、941.31、541.93 mAh·g^-1.此外, F官能团可以有效提高这三种二维晶体锂化结构的稳定性与导电性.     

Pharmacophore and Docking-based 3D-QSAR Studies on HIV-1 Integrase Inhibitors

Integrase（IN） plays an essential role in the process of HIV-1 replication.IN inhibitors of diketo acid derivatives（DKAs） were analysed by the Comparative Molecular Field Analysis（CoMFA） and Comparative Molecular Similarity Induces Analysis（CoMSIA） methods.A set of 42 compounds were randomly selected as the training set（35） and test set（7）.Firstly,a good pharmacophore（goodness of hit=0.787） was obtained and used to align ligands.Then,predictive models were constructed with the CoMFA and CoMSIA methods based on the pharmacophore alignment.As a result,the CoMS1A method yielded the best model with an r2 of 0.955 and a q2 of 0.665,which can predict the activities of the tested DKAs very well（r2=0.559）.Finally,DKAs were docked into IN,and the predicit modes were superimposed on the contour maps obtained from the best CoMSIA model.The superimposed maps gave a visualized and meaningful insight into the inhibitory behaviors,providing significantly useful information for the rational drug design of anti-IN agents.     

电场对Ni3（dpa）4Cl2金属串配合物结构影响的理论研究

应用密度泛函UBP86方法对具有分子导线潜在应用性的金属串配合物Ni3(dpa)4Cl2进行研究,分析了外电场对配合物的几何构型和电子结构的影响.结果表明,零电场条件下存在沿着Ni63+轴及轴向配体Cl的Ni—Ni及Ni—Cl离域作用.沿金属轴Cl4→Cl5方向施加外电场,可使高电势端的Ni2—Cl4键长增大而Ni1—Ni2键长减小,低电势端的Ni3—Cl5键长减小而Ni1—Ni3键长增大;分子能量降低,偶极矩线性增大;HOMO与LUMO能隙减小,前线占据轨道分布向低电势方向移动且轨道能升高,空轨道分布则向高电势方向移动且轨道能降低,其中沿着金属轴方向离域的前线轨道分布及其轨道能随电场的变化尤为显著.在电场作用下,电荷分布发生改变,低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4转移,但金属和桥联配体的电荷变化很小;同样,在电场作用下,配合物存在明显的结构变化和电子转移现象,呈现出类似导电过程中电子定向转移的变化规律.     

咪唑甘油磷酸酯脱水酶与含氮杂环磷酸酯类抑制剂作用方式的分子模拟

国际上依据咪唑甘油磷酸酯脱水酶(IGPD)底物结构筛选, 成功获得了一系列含氮杂环磷酸酯类化合物作为IGPD抑制剂, 然而IGPD与含氮杂环磷酸酯类抑制剂间的作用模式尚不清楚. 本研究利用Gaussian 03程序, 基于密度泛函理论B3LYP方法, 选择6-31G^**基组优化含氮杂环磷酸酯类化合物, 在确定其稳定构象的基础上利用分子对接、力学优化构建IGPD与其含氮杂环磷酸酯类抑制剂相互作用的复合物结构, 基于化合物的电子结构(前线轨道能级及组成、原子电荷、自然键轨道等)、复合物的空间结构(抑制剂识别IGPD的功能域、分子间氢键、van der Waals相互作用等)探讨了IGPD与含氮杂环磷酸酯类抑制剂作用方式, 确定了含氮杂环电荷分布、磷酸根离子电荷分布、前线轨道LUMO能级是影响抑制剂活性的内在因素, 为进一步筛选、优化高效的新型除草剂提供了重要信息.     

Design,Synthesis and SAR Studies of Novel and Potent Dipeptidyl Peptidase 4 Inhibitors

Dipeptidyl peptidase 4 (DPP‐4) is a clinically validated target for the treatment of type 2 diabetes mellitus (T2DM). To discover novel and potent DPP‐4 inhibitors, three series of compounds were designed and synthesized in this study based on our previously identified novel scaffold of 2‐phenyl‐3,4‐dihydro‐2H‐benzo[f]chromen‐3‐amine. Among the designed compounds, 41d‐1 was the most potent one with an IC₅₀ value of 16.00 nM. Besides, 41d‐1 (5 mg/kg) displayed a moderate glucose tolerance capability in ICR mice. Structure‐activity‐relationship (SAR) studies were discussed in detail, which is constructive for our further optimization.     

硫代乙酰胺光化学反应机理的理论研究

用B3LYP, MP2和CASSCF方法, 采用cc-pVDZ和6-31++G**基组, 研究了硫代乙酰胺在基态和最低三态上消除硫化氢以及其它光解离反应, 并考虑了单个溶剂分子参与反应对质子迁移反应的影响, 得到了消除硫化氢反应的反应机理, 计算结果可以很好地解释实验结果. 进而用CASSCF方法计算了第一激发单态上的各驻点, 以及各交叉点. 计算结果表明, 在S1和T1态上发生除分子内转动以外的化学反应的可能性比较小, 当分子被激发到S2态上时, 将通过S2/S1交叉点到S1态, 在S1态上的分子有两条途径去活化, 通过S1/S0交叉点到热基态, 通过S1/T1交叉点系间窜越到T1态. 因而得出CH3CSNH2发生光解离反应的可能性不大. 基于此, 可将硫代酰胺结构引入蛋白或多肽中, 有望在不破坏分子整体结构的情况下对其进行光化学研究.     

有机π共轭配体溶剂化效应与分子间相互作用的理论研究

采用可极化的连续介质模型(PCM), 运用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/6-31+G^**水平下研究了溶剂极性对有机π共轭配体N,N'-Bis-(3-pyridyl)ethylene-bis-urea(BPEBU)中syn-anti构象的分子几何和电子结构的影响, 并借助分子动力学模拟的方法, 采用明确溶剂模型研究了溶质-溶剂分子间的相互作用. 密度泛函理论计算结果表明, 随着溶剂极性的增强, BPEBU中尿素基上的CO键和N-H键以及吡啶环上的C-N键被明显极化, 使羰基氧原子和吡啶氮原子的电负性明显增强, 尿素基的N-H键上氢原子的正电荷也显著增加. 分子动力学模拟统计的结果表明, 在极性较强的乙醇溶液中, 有明确的O…H-O, N…H-O和N-H…O等3种氢键作用存在, 而在丙酮溶液中, 只有N…H-O一种氢键作用存在, 而且与乙醇溶液中的N…H-O作用相比要弱些. 另外, 采用密度泛函理论方法结合连续/明确的混合溶剂模型, 优化得到了溶质-溶剂三聚体的超分子簇结构, 与分子动力学模拟的第一溶剂层中的超分子结构相比, 两者定性一致.