3C-like蛋白酶抑制剂的构效关系、分子对接和分子动力学

3C-like蛋白酶是中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）等其它冠状病毒的繁殖过程中极为重要的蛋白酶。它已成为人类在抗冠状病毒领域中的研究热点。本文基于计算生物学方法对与MERS-CoV同属的蝙蝠冠状病毒HKU4（HKU4-CoV）的43个肽类3C-like蛋白酶抑制剂分子,建立三维定量构效关系（3D-QSAR）模型。在基于配体叠合的基础上,发现比较分子相似性指数分析法（CoMSIA）中的四个场组合（位阻场、静电场、氢键供体场与氢键受体场）为最优的模型（Q²=0.522,R_ncv²=0.996,R_pre²=0.904;Q²：交叉验证相关系数,R_ncv²：非交叉验证相关系数,R_pre²：验证集分子的预测值相关系数）,并借助该模型通过分子对接（docking）与分子动力学（MD）方法阐明了配受体结合作用。实验结果表明：（1）基于最优的CoMSIA模型基础上的三维等势图形象地说明了分子基团的位阻作用、静电作用、氢键供体与氢键受体作用对分子生物活性的影响;（2）分子对接研究结果显示了疏水性以及结晶水、氨基酸His166和Glu169在配体和受体结合过程中产生重要作用;（3）分子动力学模拟进一步验证了分子对接模型的可靠性,并发现了两个新的关键氨基酸Ser24与Gln192,它们与配体产生了两个较强的氢键。此外,根据这些结果,一些新的具有潜在抑制活性的肽类化合物作为3C-like蛋白酶抑制剂被获得。以上结果能够帮助深入了解3C-like蛋白酶与肽类抑制剂的作用机理,并且能够为今后的抗MERS-CoV药物设计提供有价值的参考。     

基于分子对接和QSAR方法预测B-Raf II型抑制剂活性

B-Raf激酶在促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路中起着重要作用,已被确定为癌症治疗非常有吸引力的靶标.新型高效B-Raf抑制剂的开发成为癌症治疗的一个热门研究领域.本文以结构多样的B-Raf II型抑制剂为研究对象,联合应用分子对接和定量构效关系(QSAR)模型研究其定量构效关系去探讨抑制活性的起源.两个主题作为研究重点:生物活性构象和描述符.首先对分子对接方法(Glide、Gold、LigandFit、Cdocker和Libdock)进行准确性评价,后将研究的对象分子对接到B-Raf活性位点并获得生物活性构象.基于准确的对接结果,计算得到16个打分评价函数和21个能量描述符,以此构建定量构效关系模型. QSAR结果表明模型具有高度精确的拟合和强的预测能力(模型M1: r² = 0.852, r_(CV)² = 0.790, r_pre² = 0.864;模型M2: r² = 0.738, r_(CV)² = 0.812, r_pre² = 0.8605).同时探讨了对抑制活性有重要影响的描述符,结果表明打分评价函数(G_Score, -ECD, Dock_Score, PMF)与能量描述符(S(hb_ext), DE(int), Emodel)对抑制活性影响非常大.通过虚拟筛选和QSAR模型理论预测,一些新的具有潜在抑制活性的化合物作为B-Raf II型抑制剂被获得.上述信息对于进一步设计新颖高效的B-Raf II型抑制剂提供了有用的指导.     

芳香噻嗪类衍生物作为选择性醛糖还原酶抑制剂的分子对接和基于受体的三维定量构效关系研究

芳香噻嗪类衍生物被证明是一类选择性较好的高活性醛糖还原酶抑制剂(ARIs).本文对44个芳香噻嗪类化合物进行了分子对接(docking)和三维定量构效关系(3D-QSAR)研究,并探索了此类化合物与醛糖还原酶(ALr²)的作用机理.醛糖还原酶与醛还原酶(ALR1)活性位点的叠加结果显示, ALr²中残基Leu 300和Cys298的存在是化合物1m具有高选择性的原因.分别建立了比较分子场分析方法(CoMFA, q² = 0.649, r² =0.934; q²:交叉验证相关系数, r²:非交叉验证相关系数)和比较分子相似性指数分析方法(CoMSIA, q² = 0.746, r² = 0.971)模型,并对影响此类化合物生物活性的结构进行了鉴定.结果显示,两个模型均具有较高预测能力,并通过测试集中的7个化合物进行了验证,其中CoMFA模型和CoMSIA模型的预测相关系数(r_Pred²)分别为0.748和0.828. 3D-QSAR模型中的三维等值线图表明,在化合物1m的苄基环上C3和C4位置以及苯并噻嗪母核上C5和C7位置进行改进可能对生物活性的提高有利,此预测与我们前期报道的苯并噻嗪母核C7位改进结果一致.本文所建3D-QSAR模型能够在理性设计具有更高生物活性的新型ARIs中发挥重要作用.     

橙酮类DRAK2抑制剂的3D-QSAR及分子对接研究

本文对橙酮类DRAK2抑制剂的化学结构与生物活性之间的关系进行研究。采用三维定量构效关系（3D-QSAR）中的比较分子力场分析（CoMFA）和比较分子相似性指数分析（CoMSIA）方法针对59个DRAK2抑制剂建立3D-QSAR模型,阐明了抑制剂化学结构与其生物活性之间的关系。所构建的CoMFA模型交叉验证系数（q²）为0.625,非交叉验证系数（r²）为0.811,标准偏差（S）为0.365,Fisher检验值（F）为59.971;所构建的CoMSIA模型q²为0.62,r²为0.846,S为0.333,F值为56.453。内部和外部验证参数表明,生成的3D-QSAR模型均具有良好的预测能力和显著的统计学可靠性。分子对接实验与等势图的一致性,进一步表明本次分子模拟是可靠的。本研究对发现新型的潜在的更高活性的橙酮类DRAK2抑制剂具有指导意义。     

脒类KARI酶抑制剂的分子对接和3D-QSAR研究

对设计合成的20个单脒类化合物的水稻KARI酶体外抑制活性和体内除草活性进行了分子对接和三维定量构效关系研究. 前者采用AutoDock3.0方法, 研究发现化合物活性变化趋势与分子对接计算结果基本一致, 通过分析化合物9与KARI酶活性氨基酸残基结合模式发现, 残基Glu319, Asp315, Glu496, Gly253, Met254, Cys517等对氢键和静电相互作用以及疏水作用都有重要贡献; 后者研究采用比较分子力场分析(CoMFA)方法, 结果表明立体场和静电场对活性的贡献分别为67.8%和32.2%, 交叉验证系数r_cv²＝0.774, 非交叉验证r²＝0.999, F＝1593.134, 标准偏差s＝0.036, 所建立的3D-QSAR模型对化合物除草活性具有较好的预测能力. 两种方法研究结果为进一步设计合成更高活性的KARI酶抑制剂提供了指导.     

HEPT类逆转录酶抑制剂的三维定量构效关系

利用比较分子力场分析(CoMFA)方法对32个HEPT类HIV-1逆转录酶抑制剂(RTIs)的三维定量构效关系(3D-QSAR)进行了分析,建立了HIV-1逆转录酶抑制剂的3种3D-QSAR模型,发现影响其生物活性的主要因素为立体场因素,这与HIV-1RT的非底物结合部位(NNBS)的疏水性环境相吻合.进一步分析表明,适当长度的1-位侧链对保持化合物的抗病毒活性致关重要;增大5-位取代基的体积可增强生物活性;在1-位苄氧甲基的对位引入大体积基团有利于提高活性.同时考察立体场、静电场与生物活性的关系,表明,CoMFA模型为最佳预测模型,其交叉验证系数R_CV²=0.870,传统相关系数R²=0.986,标准偏差SE=0.146,F=294.546.用此模型预测了检验组3个HEPT类化合物的-lgEC₅₀,R_pred²=0.850,表明模型具有很好的预测能力,可为HEPT类HIV-1逆转录酶抑制剂的结构优化提供理论指导.     

螺环吲哚类MDM2抑制剂的分子对接、定量构效关系和分子动力学模拟

采用分子对接、三维定量构效关系(3D-QSAR)和分子动力学方法研究了21个螺环吲哚类化合物与MDM2蛋白的相互作用, 并建立了相关预测模型. 比较分子场分析法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)模型的交互验证相关系数q²分别为0.573 和0.651, 非交互验证相关系数r²分别为0.948和0.980. 分子对接得到的结合模式与分子动力学模拟得到的结果一致, 结合模式表明该类螺环吲哚化合物主要通过疏水相互作用和氢键与MDM2结合. 基于上述相互作用模型设计并合成了6个新结构螺环吲哚化合物, 并在MDM2高表达的前列腺癌LNCaP细胞株上测定其活性, 结果表明化合物5, 6的半数抑制浓度均低于1μg·mL^-1, 可作为新的抗肿瘤药物先导化合物进一步深入研究. 本研究对以MDM2为靶点的新结构螺环吲哚类抑制剂的开发提供了理论和实验依据.     

不同电荷场优化咪唑并吡啶类VEGFR-2抑制剂的三维定量构效关系研究

运用不同电荷场优化咪唑并吡啶类VEGFR-2抑制剂,挑选出最优电荷场Gasteiger-Marsili,用COMFA和CoMSIA两种方法建立3D-QSAR模型,以分析化合物结构与分子活性之间的关系。COMFA和CoMSIA模型的交叉验证系数分别为q2=0.673和q2=0.612,拟合验证系数分别为r~2=0.891和r~2=0.973,外部验证复相关系数分别为r2 pred=0.669和r2 pred=0.658,结果表明两种模型都有良好的可信度和预测能力。COMFA和CoMSIA模型在三维等视图上相互对照和验证,得到的结论与分子对接结果一致,确立了分子结构对抑制剂活性影响的具体作用方式,对指导药物的设计与改造,新VEGFR-2抑制剂的合成提供参考。     

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.     

磷改性失活TS-1高效催化C5=裂解制备C2=/C3=反应的研究

发展C₅⁼催化裂解高效制乙烯和丙烯(C₂⁼/C₃⁼)技术具有重要的研究意义及工业应用价值,其核心在于高效催化剂的开发.本文发展了以失活钛硅分子筛TS-1(De-TS-1)为催化剂的C₅⁼催化裂解过程,研究发现,P改性后的De-TS-1显示出优异的催化反应性能,C₂⁼+C₃⁼选择性与单程寿命分别达77.1%和213 h,其综合催化性能优于经典的ZSM-5催化剂.进一步研究表明,De-TS-1的Br?nsted性质符合C₅⁼裂解高效裂解的基本要求,P改性可进一步降低De-TS-1中Br?nsted酸的酸密度和酸强度,从而促进了目标产物C₂⁼/C₃⁼生成的主反应,抑制了C₅     

二氢嘧啶并[4,5-d]嘧啶类衍生物作为集落刺激因子-1受体激酶抑制剂的分子对接和定量构效关系研究

集落刺激因子-1受体激酶（CSF-1R）属于Ⅲ型受体酪氨酸激酶家族成员,其在调控单核巨噬细胞系中发挥重要作用。CSF-1R及其配体异常表达与肿瘤发展过程密切相关。因此,CSF-1R信号传导可成为抗肿瘤治疗的有吸引力的靶标。本文用比较分子场分析法（CoMFA）和比较分子相似性指数分析法（CoMSIA）研究了54个二氢嘧啶并[4,5-d]嘧啶类CSF-1R激酶抑制剂的三维定量构效关系（3D-QSAR）。基于配体叠合,CoMFA和CoMSIA模型的交叉验证系数（q2）分别为0.725和0.636,拟合验证系数（r2）分别为0.960和0.958,结果表明这两种模型均具有较好的预测能力。所建模型的等势图能直观反映分子不同取代基对活性的影响,其中立体场和疏水场对活性的贡献较大。通过分子对接研究显示,氨基酸残基Cys666、Asp796在配体和受体结合过程中产生作用,分子对接的结合模式与3D-QSAR得到的结果一致。这些信息为进一步优化CSF-1R激酶抑制剂提供了理论基础。     

酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子对接和三维定量构效关系研究

用一种柔性分子对接方法(FlexX)将12个2-草酰胺苯甲酸类抑制剂和酪氨酸蛋白磷酸酯酶(PTP1B)活性口袋进行分子对接,对接程序预测的抑制剂和酶之间的相互作用能与抑制活性之间有很好的相关性(非线性相关系数R²达0.859),这说明对接结果可以比较准确地预测抑制剂和PTP1B之间的结合模式.然后,将33个同类抑制剂的骨架叠合在分子对接预测的结合构象上,用比较分子力场分析方法(CoMFA)对其进行三维定量活性构效关系研究,得到的CoMFA模型具有很好的统计相关性(交互验证回归系数q²为0.650),并可以准确地预测测试集6个化合物的活性(平均标准偏差为0.177).同时,由CoMFA模型得出的抑制剂改造信息与用FlexX预测的结合模式是一致的,进一步证明我们预测的结合模式是正确的.为研究这类抑制剂和PTP1B的结合模式及对抑制剂进行结构改造提供了信息.     

基于糖皮质激素受体调节剂波尼松龙的定量构效关系研究

为了探讨糖皮质激素受体调节剂波尼松龙系列的结构和活性之间的关系,首次使用比较分子力场(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)方法对77个靶标分子建立三维定量构效关系(3D-QSAR)模型.在基于配体叠合的基础上,得到了最好的CoMSIA模型(Q2=0.504,R2ncv=0.849,SEE=0.283,F=56.365和R2pred=0.792).模型的三维等势线图分析说明了疏水性基团在R1取代基位置有利于提高活性,亲水性基团在R2取代基位置有利于提高活性.此外,分子对接分析结果显示了与波尼松龙形成一些氢键的氨基酸Asn564,Gln642,Thr739在糖皮质激素受体调节剂中有重要作用.本文得到的结果能够更好地帮助理解糖皮质激素受体调节剂作用机理,并为今后的药物设计与合成提供了新思路.     

DATA类逆转录酶抑制剂的三维定量构效关系

采用对接方法得到HIV-1抑制剂DATA(二芳基三嗪类)分子的活性构象, 进一步用比较分子场分析(CoMFA)和比较分子相似性分析(CoMSIA)法对DATA类逆转录酶抑制剂(RTIs)的三维定量构效关系(3D-QSAR)进行了研究, 建立3D-QSAR模型, 以指导进一步结构修饰. 用此模型预测了5个DATA类似物, 预测偏差较小, 表明了所建立的模型具有较强的预测能力.     

广谱沙粒病毒抑制剂的3D-QSAR分析

沙粒病毒(Arenaviruses)遍布全球,其中的拉沙热病毒可引起致命的拉沙热.通过应用比较分子场分析(CoMFA)和比较相似性指数分析法(CoMSIA)对47个广谱沙粒病毒抑制剂进行了三维定量构效关系(3D-QSAR)分析.使用立体场、静电场、疏水场和氢键受体场组合获得最优模型CoMSIA的统计结果为Q2=0.518,R2ncv=0.972,R2pre=0.911,说明该模型的可靠性和较好预测能力.此外,模型等势线图直观地解释了分子结构与其活性的关系,为进一步设计新型高效的沙粒病毒抑制剂提供了理论依据.     

1,2-萘醌类化合物抑制PTP1B的三维定量构效关系研究

蛋白酪氨酸磷酸酶1B (protein tyrosine phosphatase 1B, PTP-1B)是近年来发现的治疗II型糖尿病的新靶点, 1,2-萘醌类化合物对PTP-1B有较好的抑制活性, 具有良好的药用前景. 为了设计出本类化合物抑制效果更好的分子构型, 用比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)对该类化合物进行了三维定量构效关系(3D-QSAR)的研究, 并建立了相关的预测模型. 其中, CoMFA模型的交叉验证相关系数(q²)为0.555, 非交叉验证相关系数(r²)为0.991, 标准偏差(SEE)为0.049, F值为564.910. CoMSIA模型的q²为0.558, r²为0.991, SEE为0.050, F值为542.773. 计算结果表明, 获得的CoMFA和CoMSIA模型具有良好的预测能力, 可以应用于指导该类化合物的设计.     

基于分子对接的6-萘甲基取代HEPT类HIV-1逆转录酶抑制剂构效关系研究

采用分子对接方法得到了一系列6-萘甲基取代HEPT类逆转录酶抑制剂分子与HIV-1逆转录酶复合物模型,从中抽取出抑制剂分子的活性构象,进一步应用CoMFA和CoMSIA方法建立了具有较好预测能力的3D-QSAR模型,深入探讨了这些化合物的定量构效关系,为进一步的药物设计奠定了良好的基础.另外,以化合物13及其相应的β异构体24为代表,结合量子化学从头算分子轨道理论方法考察了它们的前线轨道,为阐明α和β系列化合物的活性差异提供了理论依据.     

HIV-1整合酶与抑制剂金精三羧酸复合物的分子动力学模拟

用分子对接程序(Autodock)将含有一个Mg²⁺的HIV-1整合酶核心区(以下简称IN-A)与抑制剂小分子金精三羧酸(简称Aurin)进行对接,预测其未知的复合物结构,然后用分子动力学(MD)方法对IN-A与Aurin的对接结果进行了950 ps的模拟.MD模拟结果发现,IN-A与Aurin形成了两个稳定的氢键,Mg²⁺也与Aurin上的氧原子形成了稳定的配键,IN-A与Aurin之间的静电相互作用能和范德华相互作用能的平均值分别为-205.8和-162.7 kJ/mol.根据MD模拟得到的IN-A与Aurin相互作用后的构象变化信息,我们对对接复合物结构进行了修正,给出了更加合理和稳定的复合物预测结构.本工作得到的HIV-1整合酶与抑制剂Aurin的结合模式信息将有助于设计和改造出效果更好的抗HIV-1整合酶的先导化合物.     

雌激素β受体喹啉类配体的分子对接及3D-QSAR研究

对33个喹啉衍生物的雌激素β受体活性进行了分子对接以及比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA). 对接结果显示氢键和疏水作用是配体与受体结合的主要因素,同时结果亦显示对接结合能与观测值pIC50具有极显著的线性相关性. 根据对接后各优势构象将33个样本进行叠合并进行CoMFA与CoMSIA研究,均得到了较优的结果,其中以选用立体场、静电场和疏水场建立的CoMSIA模型结果最优,其主成分数,r2,q2（LOO）和r2pred分别为2, 0.894, 0.708和0.802. 构效关系模型分析显示基团的空间位阻、电性及疏水作用是影响活性的主要因素     

TiO2光催化消除H2S的研究

在TiO₂上进行了气相H₂S光催化氧化消除的研究.氧对H₂S的光催化氧化消除过程是不可缺少的,对含量为560mg/m³的H₂S,当加入的氧气与原料气中H₂S的分子比为42:1,空速为28000h^-1时,去除率达到97%.在H₂S光催化氧化消除过程中,单质硫的产生可使TiO₂失活,经光照再生单质硫转化为SO₄^2-后,TiO₂活性恢复,而且SO₄^2-的生成对催化剂的中毒有抑制作用.