角鲨烯氧化酶抑制剂的药效团构建及其先导化合物的发现

刘志强

鹤壁职业技术学院鹤壁市天然药物研究与开发重点实验室(河南 鹤壁 458030)

真菌感染是人类常见疾病，占医院感染疾病的30%左右，随着广谱抗菌药物和化学治疗药物的滥用、变异菌种的不断增加，真菌感染率逐年上升[1]。病原生物学研究发现[2]真菌细胞膜与人类细胞膜的主要差别在于，前者的膜甾醇物质主要是麦角甾醇而后者为胆甾烷醇。因此，抑制病原真菌细胞膜麦角甾醇的合成，能有效抑制病原真菌的生长繁殖，而不影响人类细胞膜的稳定[3]，是抗真菌药物的理想靶标。

角鲨烯氧化酶是麦角甾醇合成的关键催化酶，抑制角鲨烯氧化酶能破坏麦角甾醇的合成，从而发挥抗真菌的药理作用[4]。角鲨烯氧化酶是布萘替芬、特比萘芬等烯丙胺类抗真菌药物的作用靶点，其抑制剂能对发癣菌、小孢子菌和表皮癣菌产生较强的杀菌作用[5]。布萘替芬、特比萘芬等烯丙胺类抗真菌药物临床疗效确切，能有效治疗手足癣[6]、皮肤浅部真菌感染[7]等疾病。但该类药物仍有皮肤红斑、灼热、瘙痒等毒副作用[8]，加之耐药型真菌的不断涌现[9]，因此开发新一代低毒、高效角鲨烯氧化酶抑制剂迫在眉睫。本研究通过构建基于配体的HipHop药效团模型，从数据库中筛选新一代高效角鲨烯氧化酶抑制剂，并进行药代动力学虚拟分析，以期发现新一代低毒、高效角鲨烯氧化酶抑制剂先导化合物。

1 材料与方法

1.1软件与数据库①化学分子Chemical Book数据库(https://www.chemicalbook.cn/StructuredSearch.htm)；②药学信息Drugbank数据库(https://www.drugbank.ca//)；③化学成分绘制软件ChemBio3D Ultra 14.0；④药效团构建软件Discovery studio 2016；⑤包含2000个化学小分子的MiniMaybridge数据库；⑥SwissADME药代动力学参数分析平台(http://www.swissadme.com)。

1.2角鲨烯氧化酶抑制剂药效团构建在Drugbank数据库获取已知的角鲨烯氧化酶抑制剂，包括布替萘芬、萘替芬特、特比萘芬3个上市药物，以此构建基于配体结构的药效团模型。应用Discovery Studio 2016软件 Pharmacophores模块进行药效团分析，识别特征元素包括氢键受体(Hydrogen Bond Acceptor,HBA)、氢键供体(Hydrogen Bond Donor,HBD)、疏水中心(Hydrophobic Region,HP)、正电荷中心(Positive Ionizable,PI)、负电荷中心(Negative Ionizable,NI)、芳香环中心(Ring Aromoatic，RA)6种。药效团设置参数：在Conformation Generation 参数组，将Conformation Generation 选择BEST，构象上限数Maximum Conformation设为200，能量阈值 Energy Threshold设为10，点击Save Conformations右边的栅格，下拉列表中选择 True，其他保持不变，点击运行即可。

1.3筛选角鲨烯氧化酶抑制剂获取分值(FitValue)最高的药效团模型，以此为筛选模型，对包含2 000个化合物的MiniMaybridge数据库进行虚拟筛选，得到符合角鲨烯氧化酶抑制剂药效团特征的高分值化合物，进行下一步研究。

1.4潜在角鲨烯氧化酶抑制剂药动学参数分析将从MiniMaybridge数据库筛选得到的高分值化合物导入SwissADME药代动力学参数分析平台，分析其Lipinski参数、类药学五原则等反映药物在体内的吸收、分布、代谢的基本药动学参数，探讨其成药可能性。

2 结果

2.1药效团的构建结果与选择通过Discovery Studio 2016软件的运算，得到10个角鲨烯氧化酶抑制剂，每个药效团模型的特征元素见表1、图1，选取Rank排序最靠前的01号药效团模型进行下一步筛选分析，该药效团及其与布替萘芬、萘替芬特、特比萘芬的匹配情况(图2)，包含两端2个疏水集团，中间1个PI、1个RA。

表1 角鲨烯氧化酶抑制剂HipHop药效团模型结果

注：红色表示正电荷中心(P)；黄色表示芳香环中心(R)，蓝色表示疏水集团(H)。图1 角鲨烯氧化酶抑制剂最佳药效团

a:布替萘芬;b:特比萘芬;c:萘替芬特。图2 烯丙胺类抗真菌药与最佳药效团匹配情况

2.2角鲨烯氧化酶抑制剂筛选结果本研究发现布替萘芬、特比萘芬、萘替芬特与最佳药效团模型HipHop1的匹配分数分别为4.00、3.94、2.95，平均匹配分数为3.63，见表2。从MiniMaybridge数据库筛选得到分数>3.63的化合物共4个，结构见图3。

表2 最佳药效团模型HipHop1的筛选结果

注：a:SEW 03926，中文命名为(Z)-4-氨基-3,5-二氯-N′-((4-氯苄基)氧基)苯甲酰胺；b:GK 01508，中文命名为(Z)-N′-(((1-苯基-5-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-羰基)氧基)-3,5-双(三氟甲基)苯甲酰胺；c:KM 06990，中文命名为(Z)-2,2-二甲基-N′-(((3-(三氟甲基)苯甲酰基)氧基)-2H-色烯-6-羧酰亚胺；d:RJF 00984，中文命名为(E)-4-((3,5-二氯苯基)亚氨基)-6-亚氨基-1-(3-(三氟甲基)苯基)-1,3,5-三嗪烷-2-硫酮。图3 筛选化合物的结构

2.3潜在先导化合物Lipinski参数将筛选出的潜在先导化合物导入SwissADME平台，探讨其Lipinski参数与成药可能性。已知Lipinski规则为：分子量<500 g/moL，HBD<5，HBA<10，脂水分配系数<5，旋转键数≤10，符合Lipinski规则的化合物具有较好的药代动力学性质，在体内有更高的生物利用度，成药性较大。本研究发现SEW 03926，KM 06990符合Lipinski规则，具有良好的成药性，见表3。

表3 潜在先导化合物Lipinski参数

3 讨论

传统药物设计漫长，且耗资巨大，计算机辅助药物设计、网络药理学等新技术的出现加快了新药研发进程、降低了研发成本[10]，其中基于药效团模型的计算机辅助药物设计是筛选新药先导化合物的重要手段之一[11]。药效团是基于药物的特征性元素及其空间排列形式建立的模型，例如HBA、HBD、HP、PI、NI、RA等特征性元素及其空间排列形式[12]。唐春雷等[13]利用药效团模型发现穿心莲内酯类衍生物具有葡萄糖激酶激动剂的作用。有研究[14]利用药效团模型预测了白术内酯的药理作用机制，充分说明了药效团在药物研究中的重要作用。

综上所述，本研究利用Discovery studio 2016软件构建角鲨烯氧化酶抑制剂最佳药效团，发现角鲨烯氧化酶抑制剂最佳药效团包含两端2个疏水集团，中间1个PI、1个RA，从MiniMaybridge数据库筛选出4种潜在先导化合物，其中2种化合物符合Lipinski规则，具有良好的成药性，为发现新一代角鲨烯氧化酶抑制剂先导化合物，提供了参考依据。