计算机辅助药物设计在治疗阿尔兹海默症中的应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longzhi2009
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计算机辅助药物设计(Computer-aided Drug Design,CADD)一直是新药研发的重要方法,因为它节省了大量资金,并且实现了一些在实验中无法完成的事情。在这项研究中,本文的目的是应用CADD技术探索出高活性、高选择性的阿尔茨海默症抑制剂。  阿尔兹海默症(Alzheimers Disease,AD)是一种常发于老年人群的中枢神经系统退行性慢性疾病,其临床主要表现为智力衰退、进行性记忆减退、语言能力下降、认知障碍甚至意识丧失,严重危胁着患者的身体健康。目前,AD还不能被完全治愈,其发病机制相当复杂,病因还不十分清楚,临床上也缺乏能够有效延缓疾病进程和减少神经元死亡的药物。  现在胆碱能假说在AD的发病机制过程中受到了广泛的关注,该学说认为引起AD疾病的关键因素是乙酰胆碱的缺失。在人体中可以水解乙酰胆碱的酶主要有2种,即乙酰胆碱酯酶(AChE),亦称为真性胆碱酯酶,和丁酰胆碱酯酶(BChE),亦称为假性胆碱酯酶。研究表明,在胆碱能突触间,胆碱酯酶(ChE)是生物神经传导中的关键性的酶,该酶可以终止神经递质对突触后膜的兴奋作用,从而保证神经信号在生物体内的正常传递。目前,单靶点药物很难取得理想的治疗效果,设计具有多靶点作用的药物可能是对抗AD的有效策略,所以同时抑制AChE和BChE是更加理想的AD治疗方案。  结合多靶点药物设计理念,旨在通过CADD技术寻找治疗AD的双胆碱酯酶抑制剂,为此做了三部分的内容。  第一部分,以新疆的天然产物棉花花提取物黄酮类化合物为起点,寻找实验中一系列对AChE单靶点起抑制作用的黄酮类化合物。首先创建训练集和测试集,利用Discovery Studio软件构建和评价具有活性预测能力的药效团(Hypogen)模型,最好的药效团模型包含2个氢键受体、3个疏水中心。然后应用最好的药效团模型从中草药数据库(TCMD)中筛选出与药效团模型相匹配的化合物,选择预测活性<2μM的化合物与AChE蛋白分子做对接,得出10个打分最好的候选药物分子,然后利用De Novo Evolution Calculation的方法对筛选出的化合物进行分子优化改造,最终得到3个抗AD的候选药物分子。  第二部分,基于药效团药物设计的方法从数据库中筛选并设计对BChE有抑制作用的候选药物分子。利用通过测试集,cost值和Fischer图表法验证的最佳药效团模型筛选数据库。然后使用Lipinskis rule of five原则和ADMET性质(25摄氏度下水溶解度、血脑屏障通透性、血细胞素P4502D6抑制性、肝毒性、人类肠道吸收性、血浆蛋白结合率)对化合物进行预测,将筛选出的化合物与BChE蛋白对接,选出打分高的分子进行分子优化改造,从而得到候选药物分子。  第三部分,CADD方法筛选对两种胆碱酯酶(乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶)有抑制作用的候选药物分子。使用已经验证过的AChE和BChE药效团模型来虚拟筛选数据库,本研究采用分层虚拟筛选方案,筛选ZINC数据库中有潜力的分子。经过Lipinskis rule of five原则和ADMET性质的过滤之后,将所得的7个化合物分别与AChE和BChE蛋白进行对接,经过分析得出1个最具有潜力的化合物,总而言之,考虑到AD复杂的病因,多靶向策略将成为开发高效低毒甚至逆转病程的抗AD药物的有效途径。
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