活性化合物筛选技术之分子对接技术

分子对接技术是一种完善的药物设计方法,它依据配体与受体作用的锁钥原理,研究小分子与蛋白受体之间疏水、静电、氢键、π-π堆积等相互作用的计算机模拟技术。该技术在药物研究领域发挥了重要的作用,为先导化合物发现和先导化合物优化提供了有效的工具。

在药物开发的早期阶段,药物研发工作者首先需要找到一种先导化合物,简单的方法如从文献或者竞争对手的化合物为先导物,然而这种方法仍然会碰到要求治疗的靶分子没有已知配体的情况。此时,凭经验或者运气随机进行化合物筛选成为发现先导化合物的途径。

后来随着组合化学、合理药物设计和高通量药物筛选等新药开发技术的不断发展,新的先导化合物发现步伐明显加快。高通量筛选技术应用了基因科学、蛋白质科学、分子药理学以及微电子技术等多学科理论和技术,以及与疾病有关的酶和受体作为靶点,对天然和合成化合物进行活性检测并在此基础上进行化合物筛选。该技术的应用极大地提高了对目标分子、活性物质以及药物的筛选速度,具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简而言之,就是通过一次实验可以获得大量有价值的药物信息。然而高通量药物筛选结果虽然多数情况下能够提供样品化合物作用机制的信息,但并不能完全证明它对某种疾病具有防治作用。

计算机科学技术的飞速发展为运用计算机进行药物的虚拟筛选成为了可能,广泛用于活性化合物筛选研究上。以分子对接为理论模型的计算机药物筛选的研究是以药物作用靶点的三维结构为基础,将三维结构库中的小分子自动对接到受体结合腔中,通过衡量小分子与受体间的相互作用能,筛选出有利于分子间相互作用的化合物进行研究。医药研发外包服务公司美迪西可以为客户提供涵盖各种靶标和疾病领域的药物研发服务,包括从活性化合物发现、靶标验证、先导化合物优化到临床前候选药物的选择。

1、分子对接技术可以用于石菖蒲抗抑郁活性化合物筛选

有研究者用分子对接技术筛选石菖蒲中抗抑郁的活性成分[1]。方法通过检索传统中药药理数据库(TCMSP)得到石菖蒲的所有化学成分,结合口服生物利用度,筛选出65个候选化合物。以单胺氧化酶A、多巴胺转运体、五羟色胺转运体和组胺H1受体为抗抑郁药物作用靶点,采用AutoDockVina分子对接软件,探索候选化合物与上述靶点的亲和力以及结合方式。

结果发现石菖蒲中有18个化合物能与上述4个靶点结合,其中有4个化合物能与4个靶点发生结合,有3个化合物能与2个靶点发生结合,其余11种化合物能与1个靶点发生相互作用。结论分子对接技术可以为石菖蒲抗抑郁活性成分的确定和分子机制研究提供参考,为发现新型抗抑郁中药单体和先导化合物提供研究方向。

2、分子对接技术可虚拟筛选野菊花黄酮抗炎活性

虽然有研究和文献表明野菊花黄酮类成分有明显抗炎活性,但其药效物质基础和作用机制尚未明确[2]。有研究者应用分子对接技术虚拟筛选野菊花黄酮抗炎活性的药效物质。方法搜集现已分离鉴定的34个野菊花黄酮类化合物组成配体数据库,选择IκB激酶β(IKK-β)p38、环氧合酶2(COX-2)、肿瘤坏死因子(TNF)4个与抗炎活性密切相关的靶点组成受体数据库,应用DiscoveryStudio3.0(DS3.0)软件进行分子对接。

结果通过分子对接虚拟筛选,筛选出打分总分高于阈值的黄酮类化合物共11个。结论对比分析了原配体与野菊花黄酮作用于各靶点的主要活性位点,初步推断了野菊花黄酮抗炎活性的作用机制,为研发抗炎制剂类药物提供了一定的参考。

总之分子对接技术在活性化合物筛选上的应用很多,作为一种有效的先导化合物发现方法,分子对接技术已经被广泛应用与药物研究领域。在化合物筛选上,分子对接技术可以用于化合物与蛋白质相互作用模式的预测来缩小活性化合物的筛选范围,而且分子对接方法的优势在于各种化合物数据库中的分子均是已知化合物,且相当大一部份可以通过购买得到或根据已知的合成路线合成,可以较快地进行后续的药理测试。

[1]基于分子对接技术石菖蒲中抗抑郁活性成分的筛选[J].

[2]野菊花中黄酮类成分抗炎活性的虚拟筛选[J].