L－型钙离子通道抑制剂药效团模型的构建

梁英喜，贺煜甦，崔 帅，李 斌，张燕玲，张小华（北京中医药大学，北京 100102）

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L－型钙离子通道抑制剂药效团模型的构建

梁英喜，贺煜甦，崔 帅，李 斌，张燕玲＊，张小华＊（北京中医药大学，北京 100102）

目的 构建L－型钙离子通道抑制剂的药效团模型，为从中药化学成分中发现具有钙离子通道抑制作用的成分提供了新的方法，同时为先导物改造成为活性较好的钙离子通道抑制剂提供思路。方法 以来源于NCBI数据库中对新西兰兔心脏L－型钙离子通道具有抑制作用的12个化合物为研究对象，利用HipHop定性药效团模型构建方法，建立L－型钙离子通道拮抗剂的药效团模型，利用数据库搜索方法对药效团模型进行优劣评价。结果 获得最优药效团模型具有以下几个特征：2个氢键受体和4个疏水基团，其综合评价指数CAI为2.78。结论 构建的定性药效团具有一定的可靠性，可用于开展活性化合物筛选和指导先导化合物的结构改造，有助于指导发现中药中的L－型钙离子通道阻滞剂。

L－型钙离子通道抑制剂；定性药效团；心血管疾病；中药；化学成分

细胞外钙离子浓度较细胞内高10万倍，但由于脂质细胞膜形成屏障，不能自由进入胞内；镶嵌在膜上的特殊蛋白质，形成贯穿膜内外的水相孔道，开放时允许离子顺电化学梯度快速通过，这就是离子通道［1］。电压依赖性钙通道（voltage operated calcium channels，VOCC）就是这种调控Ca2＋内流的离子通道，对膜电位变化敏感，随膜电位变化而开放，使Ca2＋以每秒1×109离子的速度进入，对外钙内流起主要作用［2］。现知VOCC分6型，分别为L、P、Q、N、R、T型［3］。L－型钙通道分布在心血管及神经元，它参与心脏起搏、肌肉和内分泌的兴奋－收缩／刺激－分泌偶联及细胞生长的调控过程［4］。钙通道阻滞剂自问世以来，其疗效在临床上已得到肯定［5－6］。目前，应用较多的是选择性作用于L－型钙通道阻滞剂［7－8］。因此，寻找新型高活性的L－型钙离子通道抑制剂对治疗心血管疾病具有重要的临床价值［9－10］。

药效团模型方法是一种最大限度利用已有化合物的三维结构信息进行药物发现的方法［11］。HipHop通过已知的一系列化合物的三维结构和生物活性数据构建药效团模型，描述化合物生物活性的共同特征，所建立的药效团模型可用于筛选具有潜在活性的化合物［12－13］。

本文利用定性药效团模型技术构建L－型钙离子通道抑制剂药效团模型，旨在获得筛选效率较高且能指导先导物改造的药效团模型，从而为从中药或天然产物中开发L－型钙离子通道抑制剂提供指导。

1 材料与方法

1.1 训练集及测试集化合物的选择 利用Discovery Studio 4.0中的HipHop定性模型方法构建L－型钙离子通道抑制剂药效团模型。HipHop定性模型要求训练集分子活性大，结构差异大［14］。测试集中活性分子与非活性分子的比例大约为1∶3。训练集的12个化合物和测试集中的25个活性分子均来源于NCBI数据库，且具有对新西兰兔心脏上的L－型钙离子通道抑制作用。测试集中的75个非活性化合物也来源于NCBI中，未见报道L－型钙离子通道抑制作用。结构见图1，NCBI中已知活性值见表1。

图1 训练集（1～12）及测试集（13～37）中的活性分子结构Fig.1 Chemical structures of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

表1 训练集化合物（1～12）与测试集中的活性化合物的IC50（13～37）Tab.1 IC50of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

1.2 实验方法

1.2.1 化合物前处理 首先利用Discovery Studio中的Simulate Structurs模块对训练集和测试集的化合物加立场CHARMm，然后附加电荷Momany－Rone，最后利用Conformation Search and Minization模块的Dreiding Minization对化合物进行处理，得到最低能量构象的化合物。利用Feature mapping对化合物药效特征进行识别，包括：氢键受体（HB＿ACCEPTOR，A）、氢键供体（HB＿DONOR，D）、疏水基团（HYDROPHOBIC，H）、正电离子基团（POS＿IONIZABLE，PI）、负电离子基团（NED＿IONIZABLE，NI）、芳环基团（RING＿AROMATIC，R）。

1.2.2 HipHop药效团模型的建立 HipHop算法根据训练集中的活性化合物的三维空间排布产生共同的化学特征。将活性最高的4号和8号的Principal值设定为2，MaxOmitFit值设定为0。将活性最低的2号和9号的Principal值设定为0，MaxOmit－Fit值设定为2。将A、D、H、PI、NI、R的值均设定为0～5。将Minimum Feature Points和Minimum Features in Moderately Active值设为3。将Conformation Generation设为Best。Parallel processing设为True。Energy Threshold值设为10。其他参数均使用默认值。

1.2.3 药效团模型的优劣评价 图2为药效团搜索数据库各指标结果的示意图，其中D代表数据库中所有化合物的数目，A代表数据库中活性化合物的数目，Ha代表药效团模型命中的活性化合物数，Ht代表药效团模型命中的所有化合物数。利用药效团对三维数据库进行搜索，通过一系列命中指数来评价药效团的优劣。活性化合物有效命中率A%＝Ha／A，辨识有效性指数N＝（Ha／Ht）／（A／D），综合评价指数CAI＝N×A%。

图2 药效团搜索数据库结果示意图Fig.2 The scheme of the results of searching database

2 结果与讨论

计算得到10个HipHop药效团模型，且均含有6个药效特征，为HHHHAA，10个药效团的模型的输出及测试集数据库搜索，结果见表2（其中A＝25，D＝100）。由表2可知，CAI值最高的4号药效团模型具有6个药效特征，分别是4个疏水基团（H）和2个氢键受体，是HipHop算法得到的最优药效团模型，见图3。

图3 L－型钙离子通道拮抗剂最优药效团模型Fig.3 The optimal hypothesis of L－type calcium channel antagonists

表2 L－型钙离子通道抑制剂HipHop模型输出及搜索结果Tab.2 The outputs of qualitative hypotheses and the results of searching test set

本研究所得的10个药效团模型CAI均大于2，活性化合物有效命中率（A%＝Ha／A）较优，但是其活性化合物命中率（Y%＝Ha／Ht）不高，考虑到其模型预测结果存在一定假阳性，在后期实际应用中，通过减小模型的Radius值来提高活性化合物命中率，降低非活性化合物命中率。

3 结论

本文通过12个具有L－型钙离子通道抑制作用的化合物，构建了HipHop药效团模型，其中最优药效团模型的CAI值达到了2.78，并且将测试集中的具有L－型钙离子通道抑制作用的25个化合物全部命中，说明该模型的搜索能力较强，可以有效命中活性化合物，减少漏筛率，有助于发现L－型钙离子通道抑制剂，指导该药物的研发。

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Pharmacophore model construction of L－type calcium channel antagonists

LIANG Yingxi，HE Yusu，CUI Shuai，LI Bin，ZHANG Yanling＊，ZHANG Xiaohua＊（Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100102，China）

Objective This study was amid to construct a pharmacophore model of L－type calcium channel antagonists in the application of a approach for discovering novel L－type calcium channel antagonists from leading compounds by screening traditional Chinese medicine（TCM）database.Methods Qualitative hypotheses were generated by HipHop separately on the basis of 12compounds with antagonistic action on L－type calcium channel expressed in rabbit cardiac muscle.Database searching method was used to evaluate the hypotheses.Results The results showed that optimal qualitative hypothesis is with certain features，i.e.two hydrogen－bond acceptors，four hydrophobic groups，and the CAI value of 2.78.Conclusion It was concluded that the pharmacophores are reliable and can be used to screen database for novel L－type calcium channel antagonists.

L－type calcium channel antagonist；qualitative hypotheses；cardiovascular disease；traditional Chinese medicine；chemical constituents

10.3969／j.issn.1004－2407.2015.02.021

R914

A

1004－2407（2015）02－0173－04

2014－10－10）

国家自然科学基金（编号：81173522）；北京中医药大学自主课题（编号：2014－JYBZZ－XS－107）

梁英喜，男，硕士研究生

＊通信作者：张燕玲，女，副研究员；张小华，女，教授