本文關鍵詞：以LpxC為靶點的新型抗菌藥物計算機虛擬篩選、先導物優(yōu)化及活性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：藥物發(fā)現(xiàn)過程在經(jīng)歷了隨機篩選、以合成藥物和天然產(chǎn)物為主的定向藥物發(fā)掘階段后已進入到目前的合理藥物設計階段。所謂合理藥物設計,是結(jié)合了基因組學、蛋白質(zhì)組學、生物化學、分子生物學、物理化學、結(jié)構(gòu)生物學、化學生物學以及計算化學等多學科的研究成果,針對這些研究所揭示的酶、受體、離子通道以及核酸等潛在藥物設計靶點的結(jié)構(gòu)功能信息,借助計算機輔助藥物設計(Computer Aided Drug Design, CADD)方法,來發(fā)現(xiàn)選擇性作用于特定靶點的先導化合物并對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化而獲得活性不斷提高的藥物分子。計算機輔助藥物設計發(fā)展至今已有數(shù)十年的歷史,在最近十多年來更是取得了許多實質(zhì)性進展,在許多藥物的研究中都取得了成功,從而成為新藥研發(fā)中的常規(guī)方法和熱門領域之一。利用現(xiàn)代計算機虛擬篩選技術(virtual screening),根據(jù)某個靶標的相關性質(zhì),利用三維藥效團搜索和分子對接等方法從眾多的化合物數(shù)據(jù)庫中尋找可能的潛在活性分子,訂購或合成后進行藥理測試,大大減少了篩選的工作量與篩選成本,提高了活性分子的命中率,既節(jié)省了有限的實驗資源,又大大加快了新藥研發(fā)的速度和效率。 迄今為止,多種革蘭陰性細菌感染疾病已嚴重威脅到人類的生命和健康,對于目前臨床運用的所有抗菌藥物,均已發(fā)現(xiàn)其對應的單一或多重耐藥菌株,甚至還出現(xiàn)了對所有現(xiàn)有藥物均耐藥的超級細菌,這使得基于全新抗菌機制和抗菌靶點的新型抗菌藥物研發(fā)工作顯得尤為重要。其中,以在細菌生長、新陳代謝及侵襲毒性產(chǎn)生過程中發(fā)揮關鍵作用的細菌特有酶為靶點的抗菌機制及相關藥物研究成為了近年來研究常見細菌耐藥性及致死性超級菌感染領域的熱點內(nèi)容。UDP-3-O-(R-羥基十四酰)-N-乙酰氨基葡萄糖脫乙�；�(LpxC)是一種鋅離子依賴性金屬蛋白水解酶,它催化革蘭陰性菌中脂質(zhì)A生物合成中最關鍵的第一步,為革蘭陰性菌生存和毒力所必需的一種酶。研究表明,抑制細菌LpxC酶將導致細菌脂質(zhì)A的合成及其后的脂多糖(LPS,又叫內(nèi)毒素)合成受阻,從而形成不完整的革蘭陰性菌外膜,導致細菌生存率和毒力均顯著下降,同時對其他藥物的敏感性顯著增強。我們經(jīng)過基因序列比對發(fā)現(xiàn),LpxC酶在不同種類的革蘭陰性細菌中具有高度的同源性,但人和動物體內(nèi)卻不含有這種酶,并且與這種酶的蛋白同源性很低。由于現(xiàn)有上市抗菌藥物中尚無針對LpxC這一靶點設計的藥物,且目前藥物對LpxC酶無顯著抑制效果,因此LpxC近年來作為抗菌新靶點的研究日益增多,LpxC抑制劑的研究有望為開發(fā)新型高效、低毒抗菌藥物提供指導。 本論文利用計算機輔助藥物設計方法進行以LpxC為靶點的先導化合物發(fā)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)改造研究,并對虛擬篩選后選定的部分化合物進行了藥理活性測定,之后考察各苗頭化合物(Hit)與靶點的具體結(jié)合模式。論文的第一部分綜合運用分子對接、類藥性評價、基于受體的三維藥效團模型及化合物結(jié)構(gòu)聚類分析方法分別對SPECS商品化合物庫、Comprehensive Medicinal Chemistry (CMC)成藥分子庫以及我們實驗室其他靶點之前已合成鋅酶或非鋅酶抑制劑進行了計算機虛擬篩選工作,在此基礎上綜合多重評價標準挑選出可能與LpxC發(fā)生較好相互作用的102個化合物用于隨后的抗菌藥理活性測試。論文的第二部分內(nèi)容是運用藥效團構(gòu)建、分子骨架躍遷、先導物躍遷、從頭藥物設計、生物電子等排體替換等不同的藥物設計手段對目前已報道的15個LpxC抑制劑先導結(jié)構(gòu)進行改造優(yōu)化,并對改造后設計的新化合物分子進行了對接模擬,考察其與靶點的結(jié)合模式,以期獲得與靶點結(jié)合良好的新分子結(jié)構(gòu)。在合理藥物設計的過程中,本研究工作尤其針對目前研究極少的LpxC蛋白中的尿嘧啶核苷二磷酸(UDP)口袋進行重點分析和全新藥物設計,彌補了現(xiàn)有活性先導物都未能與該亞結(jié)合位點產(chǎn)生有效相互作用的不足。論文的第三部分工作是針對第一部分虛擬篩選后獲得的102個分子采用96孔板微量肉湯稀釋法測定了這些化合物對綠膿桿菌標準菌株和大腸桿菌標準菌株的體外最低抑菌濃度(MIC),并挑選一些活性好的典型分子通過與靶點分子的分子對接作具體的結(jié)合模式分析。經(jīng)MIC測定,最終發(fā)現(xiàn)測試的分子中有3個化合物對綠膿桿菌的MIC達到64μg/ml,8個化合物的MIC達到128μg/ml,測試的分子中有2個化合物對大腸桿菌的MIC達到64gg/ml,4個化合物的MIC達到128μg/ml,1個化合物的MIC達到256gg/ml。雖然篩選所得分子的MIC值仍低于已上市經(jīng)典藥物左氧氟沙星、慶大霉素和頭孢噻肟鈉,但其MIC值已處于美國臨床實驗室標準化研究所(CLSI,或稱NCCLS)對部分藥物敏感與耐藥的MIC界定值范圍內(nèi),甚至低于少數(shù)藥物的細菌敏感MIC限度。因此,這些初步篩選獲得的化合物在一定程度上驗證了本次虛擬篩選研究工作的合理性,同時,考慮到目前報道的高活性LpxC抑制劑結(jié)構(gòu)的類型和數(shù)量均很有限,它們有望作為全新結(jié)構(gòu)類型的抗革蘭陰性細菌苗頭化合物(Hit)作進一步的研究開發(fā),從而為將來LpxC抑制劑的設計及合成工作提供借鑒和指導。
【關鍵詞】：LpxC 鋅離子依賴性蛋白酶 抑制劑 革蘭陰性細菌 虛擬篩選
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：R96
【目錄】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-14
• 符號說明14-15
• 第一章 前言15-30
• 1.1 細菌的感染與致病機制15-16
• 1.2 抗菌藥物的研究進展16-17
• 1.3 細菌的耐藥機制17-18
• 1.4 抗菌新靶點LpxC18-25
• 1.4.1 LpxC的作用機制18-20
• 1.4.2 LpxC的結(jié)構(gòu)20-25
• 1.5 LpxC抑制劑的研究進展25-29
• 1.6 本論文工作的研究意義29-30
• 第二章 以LpxC為靶點的計算機虛擬篩選30-86
• 2.1 引言30-31
• 2.2 虛擬篩選的策略及流程31-35
• 2.3 類藥性評價篩選35-36
• 2.4 分子對接篩選36-43
• 2.4.1. 靶點蛋白的選擇36-38
• 2.4.2 對接參數(shù)設定38-40
• 2.4.3 Glide對接打分評價函數(shù)40-41
• 2.4.4 對接方法適用性考察41-42
• 2.4.5 對接結(jié)果的選取42-43
• 2.5 基于受體結(jié)構(gòu)的藥效團模型篩選43-48
• 2.5.1 基于受體結(jié)構(gòu)的藥效團模型(SBP)的構(gòu)建43-47
• 2.5.2 SBP藥效團模型的驗證及篩選結(jié)果47-48
• 2.6 分子結(jié)構(gòu)的聚類分析及手動挑選48-50
• 2.7 結(jié)果與討論50-86
• 2.7.1 SPECS庫篩選結(jié)果50-62
• 2.7.2 CMC庫篩選結(jié)果62-85
• 2.7.3 實驗室已合成化合物匯總及其篩選結(jié)果85-86
• 第三章 LpxC抑制劑先導物的結(jié)構(gòu)改造86-117
• 3.1 LpxC抑制劑先導結(jié)構(gòu)的選擇86-89
• 3.2 構(gòu)建基于配體的藥效團模型89-92
• 3.3 Che-Mapper骨架躍遷92-97
• 3.4 Topomer Search先導物躍遷97-101
• 3.5 全新藥物設計101-111
• 3.6 自行設計的藥物片段及分子111-115
• 3.7 小結(jié)與討論115-117
• 第四章 篩選化合物的抗菌活性測定117-137
• 4.1 實驗原理117
• 4.2 實驗材料117-118
• 4.3 實驗方法118-124
• 4.4 MIC測定結(jié)果124-128
• 4.5 小結(jié)與討論128-137
• 第五章 總結(jié)與展望137-141
• 5.1 實驗總結(jié)137-138
• 5.2 展望138-141
• 參考文獻141-146
• 致謝146-148
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文148-149
• 附件149-156
• 學位論文評閱及答辯情況表156

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 Bodey G P ,張永信;綠膿桿菌感染[J];國外藥學(抗生素分冊);1984年03期

2 王川平,殷立新,樊德厚;綠膿桿菌感染的抗菌藥物治療[J];臨床薈萃;2005年21期

3 孟祥升;辛崇興;邵f^;劉宏祥;;腸出血性大腸桿菌O157:H7檢測方法綜述[J];中國畜牧業(yè);2012年01期

4 張潔;譚初兵;徐為人;;Lipinski五規(guī)則的研究進展[J];藥物評價研究;2011年06期

5 郭宗儒;;藥物分子設計的策略:論藥效團和骨架遷越[J];中國藥物化學雜志;2008年02期

  本文關鍵詞：以LpxC為靶點的新型抗菌藥物計算機虛擬篩選、先導物優(yōu)化及活性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：458083