三氮唑类化合物基于人克氏锥虫病原体CYP51分子对接研究

戴 康，薛安琪，李林柯,王 强

(中南民族大学 药学院，武汉 430074)

南美锥虫病，是一种由称为克氏锥虫的原生动物引发并通过猎蝽科吸血昆虫传播的潜在的热带致命感染疾病，主要导致心脏衰竭，如今只有苯并咪唑和硝呋莫司这2种临床药物能够对该疾病进行治疗[1].由于这2种药物有一定的毒性与非特异性，只针对急性期有效[2]，并不能治愈该病的慢性期.目前南美锥虫病新疗法的发展主要是通过对产生抗寄生虫作用化合物进行盲目筛选的细胞实验，搜索寄生虫基因组新的药物靶点和有效化合物对潜在药物靶点的作用[3-5].麦角甾醇是对寄生虫生命周期非常重要的一种类固醇，能抑制麦角甾醇合成的药物可能是目前控制慢性南美锥虫病的高效治疗选择.

三氮唑类化合物是一类首选的抗真菌药物，能够抑制真菌细胞膜重要组成成分-麦角甾醇的生物合成，由于甾醇14α-去甲基化酶在真菌甾醇生物合成途径中发挥着重要的角色，它们成为抗菌抑制剂设计的重要靶点[6].如白色念珠菌[7,8]、结核杆菌[9-11]、稻瘟病菌[12]、指状青霉菌的甾醇14α-去甲基化酶.尤其是来自白色念珠菌和结核杆菌的甾醇14α-去甲基化酶是很多新型抗生素和抗菌药物的理想靶点.

三唑类抗真菌药物扩大了抗菌谱，高疗低毒性，但真菌耐药性使其临床应用受限，本文利用Sybyl软件中Surflex模块将几种不同的官能团的三氮唑类药物小分子与细胞色素P450 甾醇14α-去甲基化酶的晶体结构进行分子对接，结合对接结果分析其作用机制，以期在不同官能团的三氮唑类化合物中筛选出结合能力更强的三氮唑类药物结构，为抗耐药性药物的研究提供更多选择.

1 实验部分

1.1 药物设计工具

Sybyl是美国Tripos公司为从事药物及相关领域研究的用户提供全面的分子模拟、药物设计的工具，可进行基于受体、配体的药物设计，以小分子出发进行3D-QSAR的研究，还能从药效基团出发进行数据库的检索.本文采用SybylX1.10版本.

1.2 配体小分子的准备

查找作为甾醇14α-去甲基化酶抑制剂的29个三氮唑类化合物为配体小分子，以氟康唑分子结构(见图1)为对照，组成配体小分子数据库.

图1 氟康唑分子结构

1.3 克氏锥虫甾醇14α-去甲基化酶构象的获取

在蛋白晶体数据库(www.pdb.org)中下载得到2WX2[1]的蛋白晶体结构(见图2)，使用Sybyl/Biopolymer模板对蛋白质晶体结构进行预处理，加氢原子并对蛋白质分子加载AMBER7 FF99电荷，对原有小分子抑制剂加载Gasteiger-Hückel电荷，与预处理电荷类型一致.在晶体结构中提取出原有小分子抑制剂的结构，以确定对接位点.

a) 绿色：抑制剂氟康唑 ；紫红色：铁卟啉； 其余：靶点

1.4 分子对接

以文献获得的化合物分子为配体，使用Sybyl/SurFlex模板与2WX2的晶体结构对接，所有的分子构建和对接计算工作均在方正文祥E520基于Linux系统完成，计算中使用的各项参数除非特别说明外均使用缺省值.

2 结果与讨论

29个化合物优势构象对接结果见表1.由表1可见，这29对对映异构体配体小分子打分大多数高于阳性对照氟康唑，说明这些三氮唑类化合物与靶点蛋白有较好的亲和性，其中编号为26r的化合物打分最高为10.4134.图3为三氮唑类化合物结构母核.

图3 三氮唑类化合物结构母核

表1 中靶化合物和打分

化合物26r的配体小分子与克氏锥虫甾醇14α-去甲基化酶2WX2的对接结果见图4.由图由图4可见，化合物26r三氮唑环上的4-N原子与靶点活性位点铁卟啉中心铁离子形成稳定螯合键，周围的关键氨基酸残基疏水侧链围绕化合物分子核形成疏水口袋，将其包裹其中.CYS422上的硫原子与铁离子作用与螯合物连接，TYR116、ARG361、HIS420与螯合物形成氢键，作用强烈.通过研究其他分子对接结果，得到相似的结果.

a) 绿色：化合物26r；紫红色：铁卟啉；其余：靶点

3 结语

本文选取已报道的三氮唑类化合物为配体分子，由29个配体小分子数据库与克氏锥虫甾醇14α-去甲基化酶2WX2进行分子对接，打分值明显优于对照物氟康唑.分子对接的结果显示：三氮唑类化合物的4位-N与靶点活性位点铁卟啉中心铁离子形成稳定螯合键，化合物与其周围的关键氨基酸形成较稳定的疏水性相互作用，其中引入的4-(4-取代苯环)哌嗪侧链能与酶疏水性口袋紧密作用，关键氨基酸也能通过氢键和螯合键与螯合物形成稳定作用，这在所有的中靶化合物中均可见.三氮唑类化合物与甾醇14α-去甲基化酶结合紧密，能较好的抑制其活性.

由分子对接结果可见，三氮唑类化合物的三唑环是发挥抗真菌活性的重要结构，环上的氮原子可以与CYP51的活性位点结合，长的侧链是进入大分子通道所必须的，疏水基团可以与CYP51活性位点的疏水性口袋结合，在以后的药物设计中，可以通过改变侧链和疏水基团来获得更多广谱、低毒的真菌抑制剂.

通过对三氮唑类化合物对人类克氏锥虫病原体CYP51作用机制研究对于研究新型潜在高活性三氮唑类化合物的合成具有指导意义.

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