新型凝血酶抑制剂和功能食品组分的虚拟筛选及作用机制

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心血管疾病极大地威胁着人们的健康。尽管血液的凝固程序较为复杂,但凝血酶在整个凝血级联过程的中心作用依旧突出,这种极为关键的凝血因子也因此成为血栓预防和治疗的重要靶标。低毒高效的新型药品以及功能食品一直被渴求着。药食同源天然产物凭借自身独特的属性在新药研发和功能食品开发中备受青睐,然而现实中新药上市的投入力度和成功率并不成正比。面对此现状,一方面继续保持药物治病的专属特性,药物重定位思想凭借药物的杂泛性能够一定程度缓解新药研发的窘境,从具有多重药理的药物出发探究其新的作用功效;另一方面淡化药物的概念把有效成分融入到日常饮食,将具有功效的天然产物开发为功能食品,达到在日常生活中防病治病的目的。因此,该研究从FDA批准的药物数据库以及天然产物数据库进行筛选,通过分子模拟分析化合物与凝血酶二者之间的微观相互作用,在此基础上借助实验加以验证。本文的主要研究内容和结果如下:(1):2682个FDA批准的药物分子经两种分子对接的交叉筛选得到了6个具有抗凝功效的药物小分子,并且这6种药物分子都能稳定地结合在凝血酶的活性腔中。从分子对接的相互作用分析可知氢键作用是最核心的,范德华力是数量较多、分布较广的相互作用。分解结合自由能推断出His57-Lys60F、Trp96-Asp102、Asn143-Gln151、Glu164-Asp178、Asp189-Ser195、Ser214-Phe227等这6个区域是有关复合物稳定性的关键位点。另外,还发现范德华力是结合的主要驱动力,这与分子对接的发现相一致。对比6种药物小分子,缬更昔洛韦体系的二级结构指标的增减幅度与阿曲加班(凝血酶直接抑制剂)基本相同,且结合自由能也是最小的。因此缬更昔洛韦被认为是更具抗凝潜力的一种药物。(2):通过半柔性对接虚拟筛选的交叉分析,从2054种天然产物中筛选出六种功能性成分(均为苯乙醇苷类),对接结果揭示氢键作用、疏水作用和范德华相互作用利于复合物的稳定。酶抑制实验验证了其中4种天然化合物(木通苯乙醇苷B>连翘苷A>大车前苷>毛蕊花糖苷)能够有效地抑制凝血酶的活性,其中木通苯乙醇苷B抑制力最强。荧光光谱表征显示木通苯乙醇苷B是一个更佳的备选功能性组分。分子动力学模拟与MM-PBSA计算明确了复合物结合自由能的大小与酶抑制效果趋势吻合,另外,进一步分解自由能详细地了解到范德华力主要驱动二者结合,这个结论同样体现在荧光光谱中。在理论计算与实验佐证相结合的基础上推测苯乙醇苷是一类极具抗凝潜力的天然化合物。上述结果表明筛选到的六种FDA批准药物具备较大的潜力开发成凝血酶的抑制剂,理论机制的分析也可能为修饰结构提供新思路;除此以外还阐释了从药食同源天然产物中筛选到的木通苯乙醇苷B有望被开发成一款新型的抗血栓功能食品,并且推测苯乙醇苷类化合物是一类与抗凝关系极度密切的天然产物。本研究期望能为临床筛选与设计新型凝血酶抑制剂以及针对性更强的新型功能性食品开发提供一定的参考。
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