基于丹参酮的乙酰胆碱酯酶抑制剂虚拟设计

王玉平 付 桃 徐巾卜 李 佳 王宗成

（湖南科技学院 生命科学与化学工程系，湖南 永州 425199）

基于丹参酮的乙酰胆碱酯酶抑制剂虚拟设计

王玉平 付 桃 徐巾卜 李 佳 王宗成*

（湖南科技学院 生命科学与化学工程系，湖南 永州 425199）

本研究以丹参酮为先导化合物虚拟设计A系列和B系列化合物，通过药物设计软件MOE进行分子对接和打分函数进行评分，得到能作用于CAS和PAS双作用位点的乙酰胆碱酯酶抑制剂（AChEIs），筛选出A系列、B系列作用力与打分都较好的化合物，选择作用力和评分最好的2个化合物进行分析，设计的新化合物为治疗阿尔茨海默病药物开发提供新的候选化合物。

丹参酮； 乙酰胆碱酯酶抑制剂； 虚拟设计； MOE

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是一种认知功能和记忆功能障碍为特征的慢性神经退行性疾病。预计2050年，全球痴呆患者人数将超过1亿［1］。研究表明，神经纤维缠结和老年斑是阿尔茨海默病的两个主要病理学特征。神经纤维缠结是由Tau蛋白异常磷酸化形成，可导致AD患者记忆功能下降和神经精神障碍。老年斑的中心核是由淀粉样蛋白组成，可导致AD患者认知功能和空间感知功能障碍。目前AD的发病机制还不明确，治疗AD临床一线药是基于胆碱能学说的乙酰胆碱酯酶抑制剂。

开发成功的乙酰胆碱酯酶抑制剂有他克林（Tacrine）、多奈哌齐（Donepezil）、加兰他敏（Galantamine）、石杉碱甲（Huperzine A）、卡巴拉汀（Rivastigmine）等。石杉碱甲是我国科学家提取的天然化合物，是一种选择性和可逆性的乙酰胆碱酯酶抑制剂，可与多奈哌齐合用治疗AD。人的乙酰胆碱酯酶主要包含四种活性位点，催化三联体（CAS）由Ser203，His447，Gly334构成，位于活性峡谷底部附近。外周阴离子位点（PAS）由Tyr72，Tyr124，Tyr286，Asp74等构成［2］，位于活性峡谷边缘。酰基口袋由Phe295和Phe297组成。氧阴离子洞位点由Gly120，Gly121，Ala204组成。研究表明，乙酰胆碱酯酶的PAS部分结构会促进AChE与β淀粉样蛋白相互作用形成Aβ原纤维从而产生神经毒性［3］，这为治疗AD的药物提供了新的设计靶标。

乙酰胆碱酯酶抑制剂除用于治疗AD还广泛用于治疗运动失调、重症肌无力等多种神经系统疾病［4］，对于当前抗AD药物的研究与开发，着眼于筛选新型天然产物，不失为一个较好的选择［5］。

1　材料与方法

1.1蛋白质预处理准备：基于人乙酰胆碱酯酶已知的三维结构及活性位点。从蛋白质数据库银行PDB

（http：//www.rcsb.org/pdb）下载编号为4EY7的乙酰胆碱酯酶，在MOE中去掉AChE的双链水分子、杂原子、加极性氢等。得到处理好的AChE受体并保存其moe文件。

1.2虚拟库的建立：丹参酮具有广泛的药理作用，例如抗肿瘤、抗氧化、抗菌抑菌及抗炎作用、防治心脑血管疾病等［6］，但丹参酮的水溶性极差使其药用价值受到极大的限制。本文通过研究优化丹参酮结构得到母核A和通过破环丹参酮B环得到母核B（如图1所示），依据生物电子等排原理、前药原理等虚拟设计A系列526、B系列199个化合物。同样对A系列和B系列化合物分子质子3D化和能量最小化处理建立筛选分子数据库。

图1　先导化合物的优化

1.3分子对接（Docking）：预测配体与受体大分子相互匹配、相互识别、而产生相互作用的方法，其理论基础是诱导契合假说［7］。用处理好的AChE受体与建好的分子数据库在MOE软件里进行分子对接 。本论文记录A类化合物20个和B类化合物16个如图

图2　母核A

A系列化合物对接得分结果

图3 母核B

B系列化合物对接得分结果

2　结果讨论与分析

2.1在药物分子设计软件MOE中设计的虚拟药物分子与4EY7的活性位点结合力越多越好，对接分数越低越好。选出作用力和对接分数都较好的2个虚拟药物分子和先导化合物丹参酮进行分析并记录在论文中，分析结果如下：

（1）先导化合物丹参酮的对接结果（如图4）：对接得分为-26.2969。作用位点：a，三合一催化位点（CAS），C环上的苯环与His447形成阳离子-π作用，距离为3.89 Å，二面角为167.5º。b，外周位点（PAS）：无。C，其它：阳离子位点Trp86形成π-π共轭，距离3.70 Å，二面角为167.6º。相对分子质量为250.2530，logP2.6240。

图4　先导化合物和4EY7结合的平面图（左）及三维图（右）

（2）A9化合物对接结果（如图5）：对接分数-29.2524。a，三合一催化位点（CAS）A环的R1取代基上的苯环与His447形成阳离子-π作用，距离为3.43 Å。B，外周位点（PAS）：C环与Tyr341、D环Trp286形成π-π共轭，距离分别为3.60 Å、3.75 Å，二面角分别为162.1º、164.7º。c，其它A环的R1取代基上的苯环与Trp86形成π-π共轭，距离为4.07 Å。二面角为152.1º。相对分子质量487.5560，logP4.0580。

图5　A9和4EY7结合的平面图（左）及三维图（右）

（3）B11化合物对接结果（如图6）：对接分数-27.3830。a，三合一催化位点，C环上的苯环与His447形成阳离子-π作用，距离为3.66 Å。B，外周位点（PAS）：A环的R2取代基苯环与Trp286形成π-π共轭作用，距离为3.97 Å，二面角为167.5º，与Tyr 124形成氢键距离为2.77 Å。C，其它：C环和D环与Trp86形成双π-π共轭，距离为3.45 Å。二面角为159.4º。相对分子质量395.414，logP4.97220。

图6　B11和4EY7结合的平面图（左）及三维图（右）

3　结 论

本文以天然产物丹参酮为先导化合物进行优化，并设计出母核A、B。在药物设计过程中根据前药原理、生物电子等排原理、类药五原则等设计出含有A系列546个的小分子库和含有B系列300个的小分子库。在MOE软件中与进行过预处理的AChE进行对接，筛选出A系列20个、B系列16个作用力与分数都较好的化合物。对A9，B11进行分子作用力分析。本次研究不仅为治疗AD提供了新的潜在化合物，同时为设计药物提供了一种新的方向，而且拓展了天然产物在新药研究领域中的应用。

[1]杨文超,孙琦,喻宁熙,等.治疗阿尔茨海默病的乙酰胆碱酯酶抑制剂的分子设计:从多位点抑制剂到一药多靶[J].药学学报,2012,47(3):313-314.

[2]王凯.计算辅助乙酰胆碱酯酶抑制剂[D].北京:北京化工大学化学工程与技术,2012,12-13.

[3]Stains C I, Ghosh I. When conjugated polymers meet amyloid Fibrils[J]. ACS Chem Biol, 2007, 2:525-528.

[4]楼影涵,查晓明,张莉莉，等.来源于天然产物的乙酰胆碱酯酶抑制挤研究进展[J],药学进展,2012,36(9):385-386.

[5]杨焱焱,蒋玉仁.AChE抑制剂类抗AD药物的研究进展[J].广州化学,2012，37(2):57-61.

[6]樊翠平.丹参酮化合物的结构修饰及卤代中间体的合成[D].河南:河南科技大学,2013,4-14.

[7]张子剑,潘荣,周园,等.酶促反应的“诱导契合-锁钥”模式[J].生物化学与生物物理进展,2011,38(5):418-419.

[8]李文喆,王勇,姚世芳,等.丹参药用成分研究进展[J].人民军医,2008,51(3):180-182.

（责任编校：何俊华）

R971

A

1673-2219（2015）05-0064-05

2015－01－06

湖南科技学院大学生研究性学习与创新性实验计划项目。

王玉平（1992－），男，2012级湖南科技学院生命科学与化学工程系制药工程专业。

王宗成（1983－），湖南长沙人，讲师，硕士，主要从事药物开发与研究。