粗糙集_比较残基相互作用分析法研究HIV整合酶抑制剂的构效关系_刘浩

DOI：10.3969/j.issn.1672-7878.2013.03-001网络出版时间：网络出版地址：药效团技术在抗感染新药研究中的应用*1肖静*2，房咪，陈姣，郑珩*3中国药科大学生命科学与技术学院，南京210009【摘要】药效团(pharmacophore)是指药物分子中对活性起重要作用的“药效特征元素”及其空间排列形式。

药效团技术作为1种发展迅速的计算机辅助药物设计方法，已广泛应用于虚拟筛选、全新药物设计、先导化合物优化和ADMET预测等新药的设计和研发过程中，可提高药物研发的成功率，降低研发成本，缩短研发周期。

近年来，禽流感、甲流感及超级细菌等新型传染性疾病的出现，为抗感染新药研发提出了新的挑战，为此，综述近年来国内、外发表的有关药效团模建技术的研究进展及其在抗感染新药研发中应用的文献以促进计算机辅助药物设计手段在抗感染新药研发中的应用。

【关键词】药效团；抗感染；虚拟筛选【中图分类号】R965.1【文献标志码】A【文章编号】1672-7878(2013)03-161-006Application of Pharmacophore Modeling inAnti-infectious Drug Discovery*1XIAO Jing*2，FANG Mi，CHEN Jiao，ZHENG Heng*3School of Life science and Technology，China Pharmaceutical University，Nanjing210009ABSTRACT Pharmacophores are defined as an arrangement of molecular features or structural elements related to biological activity.Pharmacophore as a rapidly developed computer aided drug design method has been successfully and extensively applied in novel drug research and development，such as virtual screening，de novo design，leads optimi-zation and so on.It can effectively reduce the cost and time in drug development，as well as improve the success oppor-tunity.The recent outbreak of novel infectious diseases as avian influenza，swine flu and superbugs makes it new chal-lenge of new anti-infectious drug discovery.In this review，based on the recent published papers，the development of pharmacophore modeling technique is summeried as well as its application in novel drug discovery is described in order to prompt the application of CADD methods in anti-infectious drug discovery.KEY WORDS pharmacophore;anti-infectious;virtual screening[Anti Infect Pharm，2013，10(3):161-166]每1种新药的成功研发需要耗费相当长的时间和大量人力物力，如最近FDA批准的Xa抗凝药，从生物靶标发现（1970s）到新药IND进入临床（1990s）到最终获准批文（2010年）足足用了40年[1]。

HIV-1整合酶抑制剂三维构效关系研究的开题报告
一、研究背景
建立良好的三维构效关系模型对于新药物研究和设计有着重要的意义。

HIV-1是一种导致艾滋病的病毒，其中整合酶是HIV-1繁殖过程中不可或缺的酶。

因此，开发HIV-1整合酶抑制剂是治疗艾滋病的重要策略
之一。

三维构效关系模型在HIV-1整合酶抑制剂的研究中具有重大意义。

二、研究目的
本研究旨在构建HIV-1整合酶抑制剂的三维构效关系模型，以预测
化合物的活性和优化药物设计。

三、研究内容
1. 收集已知的HIV-1整合酶抑制剂数据和化合物结构；
2. 构建HIV-1整合酶抑制剂的分子对接模型，确定复合物构象；
3. 利用药物设计软件，分析分子结构和活性之间的定量关联，建立
三维构效关系模型；
4. 对模型进行验证和优化，以提高预测准确性并指导新药物的设计。

四、研究意义
本研究的结果将为HIV-1整合酶抑制剂的研究和设计提供重要参考，加快新药物研发进程，有望为艾滋病的治疗提供更有效、更安全的药物。

同时，本研究所采用的方法和技术也可应用于其他药物的研究中，具有
普适性和推广价值。

以HIV-1整合酶为靶标的杂环并吡啶类衍生物的设计、合成及其构效关系研究艾滋病是人类免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的简称,是一种对人类健康有着严重威胁性的重大传染病。

自从1981年6月在美国首次发现艾滋病患者到2015年底,这种疾病已导致三千多万人死亡。

目前,高效抗逆转录病毒联合疗法(HAART)是艾滋病的最佳治疗方法,但由于HIV病毒的迅速变异能力,导致耐药性病毒株以及药物的毒副作用使得寻找新的治疗药物成为该研究领域亟待解决的问题。

HIV的pol基因编码病毒复制过程中所需要的三个关键酶:逆转录酶,蛋白酶和整合酶。

整合酶是一个32kd的蛋白,作用是催化病毒DNA整合到宿主DNA上。

由于人体内不存在这样功能或者与其同源性较高的酶,因而HIV整合酶是一个理想的抗HIV药物设计靶标。

从2007年起已有三个整合酶抑制剂陆续上市:雷特格韦、埃替格韦和德罗格韦。

但是由于HIV的高突变性,对这些已上市药物有着耐药性的毒株也相继出现,这使得寻找新的治疗药物变得更为迫切。

本研究通过药效团研究和生物电子等排等原理,在已报道化合物的基础上设计了三种全新的先导化合物母核。

通过在所设计的母核上连接不同的取代基团而设计并成功合成了三个系列衍生物,且分别在分子水平和细胞水平对所设计合成的化合物进行活性测定。

最后利用分子对接方法研究这些化合物结构与HIV整合酶相互作用的模式以及抑制活性之间的关系,并分析得到了这些化合物活性差异的原因,期望以此为基础设计和合成出活性更好的整合酶抑制剂。

本论文内容主要包括以下几个方面:(1)结合已上市的三种整合酶抑制剂和三种N-羟基类整合酶抑制剂的结构特点,而设计出咪唑并哌啶类(J1-10a~J1-10s)和噻唑并哌啶类化合物(J2-12a~J2-12s),并通过在C-12位引入各种疏水芳香基团来探讨活性与结构之间的关系,为避免化合物设计不合理的问题,用分子对接程序对这两类化合物中的代表物进行了结合模式、对接能量和抑制活性的分析和预测。

HIV-1整合酶抑制剂筛选及其活性检测方法研究的开题报告一、研究背景人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）是导致艾滋病的主要致病原。

目前，艾滋病已经成为全球性公共卫生问题，严重危害人类健康。

目前，虽然已经发展出了多种治疗方法，但是并没有找到能够彻底根治艾滋病的方法。

因此，研究HIV-1抑制剂成为治疗艾滋病的重要途径之一。

HIV-1整合酶在病毒生命周期中发挥重要作用，因此成为抗艾滋病药物研究的一个重要靶点。

目前已经发现了多种HIV-1整合酶抑制剂，这些抑制剂可以抑制整合酶的活性，从而抑制病毒复制。

二、研究目的和意义本研究的目的是筛选并检测HIV-1整合酶抑制剂的活性。

通过筛选出具有较高活性的抑制剂，为治疗艾滋病提供新的药物选择，并推动我国抗艾滋病药物的研发和进步。

三、研究内容1.构建含有HIV-1整合酶基因的表达载体；2.在细胞系中表达HIV-1整合酶；3.筛选并合成多个潜在的HIV-1整合酶抑制剂；4.对合成的化合物进行初步的活性筛选；5.运用不同浓度的化合物进行活性测定，并计算IC50值；6.通过分子对接和分子模拟技术，进一步探究抑制剂与整合酶的相互作用机制。

四、研究方法1.构建含有HIV-1整合酶基因的表达载体。

将HIV-1整合酶的coding序列克隆到表达载体中；2.在293T细胞系中表达HIV-1整合酶。

将表达载体转染到293T细胞系中，利用Western blot或者ELISA等技术检测HIV-1整合酶的表达水平；3.合成多个潜在的HIV-1整合酶抑制剂。

对一些潜在的化合物进行合成或从已知的小分子库中筛选出具有潜在抑制酶活性的化合物；4.对合成的化合物进行初步的活性筛选。

通过酶活性分析或细胞实验等技术对化合物的抑制活性进行初步筛选；5.运用不同浓度的化合物进行活性测定，并计算IC50值。

采用不同浓度的化合物作用于HIV-1整合酶，使用荧光素酶反应或放射免疫反应等技术，测定抑制率，进而推导出IC50值；6.通过分子对接和分子模拟技术，进一步探究抑制剂与整合酶的相互作用机制。

艾滋病毒序列分析及比对研究随着科学技术的进步，人们对病毒基因的分析和比对研究也取得了显著的进展。

艾滋病毒是一种引起免疫系统衰竭的病毒，它对全球公共卫生产生了重大威胁。

通过对艾滋病毒序列的分析和比对研究，可以揭示其基因结构和进化规律，对病毒传播和抗病毒药物研究具有重要意义。

艾滋病毒基因组由RNA组成，包含包括gag、pol和env等基因。

其中，gag编码病毒的核心蛋白，pol编码病毒的逆转录酶和整合酶，env编码病毒的包膜蛋白。

这些基因在病毒的感染过程中起着至关重要的作用。

因此，对这些基因序列进行分析和比对是理解艾滋病毒生物学特性的关键。

针对艾滋病毒基因序列的分析和比对可以采用多种方法。

其中，常用的方法包括多重序列比对、Phylogenetic分析和序列统计学分析。

多重序列比对是在不同基因组中同时比对多个序列以找到相同区域的方法。

它可以帮助我们识别保守区域和变异区域，揭示基因序列的功能和进化。

比对结果可以用于构建基因树，分析不同基因和基因型之间的关系。

Phylogenetic分析有助于了解艾滋病毒的进化历史，确定不同亚型以及不同地理区域感染毒株之间的关系。

序列统计学分析可以从统计学的角度判断序列特征和表达规律。

通过计算序列中的碱基组成，可以帮助我们了解基因的生物学特性。

此外，我们还可以评估序列的相似性、差异性和匹配性等指标，以揭示病毒变异和突变情况。

在艾滋病毒序列分析和比对的研究中，还需要考虑到样本的数量和质量。

艾滋病毒是高度变异的病毒，不同亚型和亚型间的序列差异较大。

因此，在分析过程中应该选择一定数量的高质量样本，以获得可靠的结果。

此外，还需要专业的软件和算法的支持，以提高分析的准确性和效率。

通过艾滋病毒序列分析和比对的研究，我们可以揭示艾滋病毒的遗传特征、进化规律和传播方式。

这对疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。

此外，对不同亚型和突变株的比对研究，也可以帮助我们更好地理解病毒的耐药性和抗病毒药物的设计。

北京工业大学硕士学位论文用分子动力学和分子对接方法研究HIV-1整合酶与抑制剂的相互作用姓名：***申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：***20040501摘要摘要近２０年来，计算机辅助辅助药物设计及其相关技术得到了广泛的应用，特别是在药物开发的过程中起着日益重要的作用。

应用各种理论计算方法和分子模拟技术，进行计算机辅助药物设计，已成为国际上十分活跃的科学研究领域。

本论文选取人体免疫缺陷病毒（ＨＩＶ－１）整合酶为研究对象，用分子动力学（ＭＤ）模拟方法和分子对接方法研究其与己知抑制剂的结合模式，以及与ＤＮＡ可能的结合位点，为寻找具有更好活性的抗艾滋病药物提供帮助。

论文主要包括以下三个方面的工作：ＨＩＶ－１整合酶与抑制剂金精三羧酸（Ａｕｒｉｎ）复合物的分子动力学模拟；ＨＩＶｏｌ整合酶与抑制剂紫草酸（Ｍ５２２）和紫草酸Ｂ（Ｍ５３２）结合模式的研究：以及ＨＩＶ－１整合酶Ｃ端结构域与ＤＮＡ的结合位点研究。

Ｘ—ｒａｙ和ＮＭＲ实验已经给出了ＨＩＶ－１整合酶三个结构域的结构，这为基于受体结构的药物设计提供了条件。

通过将ＨＩＶ－１整合酶与已知的抑制剂Ａｕｒｉｎ小分子对接，我们得到了它们未知的复合物结构，然后对复合物进行了９５０ｐｓ的ＭＤ模拟，研究ＨＩＶ－１整合酶与Ａｕｒｉｎ的相互作用和结合模式。

ＭＤ模拟显示，对接的复合物结构稳定。

另外，根据ＭＤ模拟得到的整合酶与Ａｕｒｉｎ相互作用后的构象变化信息，将对接复合物结构进行了修正，在一定程度上消除了对按时受体保持刚性所带来的影响，经过修正的复合物预测结构更加合理和稳定。

本工作得到的ＨＩＶ－１整合酶与抑制剂Ａｕｒｉｎ的结合模式信息将有助于设计和改造出效果更好的抗ＨＩＶ－１整合酶的先导化合物。

Ｍ５２２和Ｍ５３２是从草本植物丹参（Ｓａｌｖｉａｍｏｌｔｉｏｒｒｈｉｚａ）中分离提取出来的水溶性成分。

它们是高效的抗ＨＩＶ－１整合酶抑制剂，体内和体外都能有效地抑北京工业大学工学硕士学位论文制ＨＩＶ－１的复制，并且在很高的浓度下，对Ｈ９细胞都没有毒性。

核苷类抗艾滋病药物的定量构效关系研究人体免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus-1,HIV-1）是艾滋病（acquired immunodeficiency syndrome,AIDS）的病原体,是一种致死性传染疾病,通过入侵CD4⁺T细胞,最终使人体免疫系统崩溃。

计算机辅助药物设计（computer aided drug design,CADD）是一门化学、生物等学科交叉在一起的新兴学科,将CADD方法应用于现代制药,与新型药物研究合成结合起来,可以很大程度上节约成本、提高准确率、节省研究经费、加快新药研发的速度、提高医药行业的整体研究水平,而且对药物研究合成工作者提供理论指导作用。

本研究主要采用比较分子力场分析法（Comparative molecular field analysis,CoMFA）、比较分子相似因子分析法（Comparative molecular similarity indices analysis,CoMSIA）和分子全息定量结构关系法（Hologram quantitative structure activity relationship,HQSAR）对一系列抗艾滋病衍生物进行了分子活性构象选择、分子叠合、空间力场范围建立以及相应3D-QSAR 模型建立,根据等势图分析化合物结构与活性之间的关系,通过Topomer search 技术进行分子设计,最后使用分子对接来探索小分子配体和大分子蛋白之间的结合作用,研究结果可进一步用于设计更高活性的新型HIV-1逆转录酶抑制剂,为新药合成提供了理论参考。

本论文主要从以下五个方面进行研究:（1）采用基于R基团搜索的Topomer CoMFA方法对一系列喹诺酮羧酸类衍生物进行了建模分析,得到了稳定可靠的3D-QSAR模型,研究结果证明该方法建立的模型具有良好的预测能力。