药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica2017,52(1):71-79 力学分子模拟,由于跨膜蛋白的柔性和可移动性强多个去水合位点,其中Bcr-Abl的Met318与Gly321 于M3受体,噻托溴铵在受体部位的驻留时间短,较之间形成了完全被疏水包裹的氢键,而在c-Kit激酶 快地离开M2受体,体现了动力学选择过程。图5c结构域中的Cys673与Gly676生成的氢键是有缺陷 是噻托溴铵与M3和M2结合与离解过程的自由能变的去水合位点,因而,如果在伊马替尼接近Cys673- 化图,与M3的复合物过渡态自由能高于M2,显示出Gly676的部位加入疏水性基团,有可能提高和改变 慢离解特征阿。 对cKit激酶的结合。图6是化合物9(WBZ_4,在伊 43利用去水合位点的分子再设计去水合位点马替尼的吡啶环上连接4-甲基)与Bcr-Abl和cKit ( dehydrons)是蛋白质结构域中比较常见的现象,它激酶分子对接图,甲基的引入干预了cKt去水合位 的发生是当可溶性蛋白在空间排布构成高级结构时,点,提高了肿瘤细胞c-Kit激酶氢键的稳定性和结合 在不相邻的氨基酸残基之间可形成氢键NH…O=C,强度,而对于心脏c-Kit的去水和位点影响小,因而 如果由于所处的环境使该氢键一部分被水合、一部分提高了抑制肿瘤的选择性作用山,12。 被疏水性基团包围,这样的氢键就不太稳定,被认为5受体相互作用蛋白1激酶抑制剂的研究 是有缺陷的氢键,这种氢键具有亲近疏水基团、“挤 本节所叙述的例子还未达到成药上市的阶段 走”水分子的趋势,因为氢键在疏水环境中更加稳但从发现苗头和先导物、优化的理念和机制的论证 定。去水合位点具有趋近、吸引和融合非极性基团的所用的技术方法对于精准的药物研发有所借鉴。 倾向,易于接近配体的非极性基团,因而利用存在的5.1常规性普筛未能获得苗头化合物受体相互作 去水合位点在原有配体(或药物)的基础上可设计用蛋白1激酶( (receptor interacting protein1 kinase, 新的配体分子( redesign),从而提高选择性,降低脱RP1)是肿瘤坏死因子介导的炎症和病理过程的重 靶作用0。 要驱动剂,例如,调控前炎性细胞因子的产生,引起 利用水合位点进行重新设计的一个实例,是对细胞凋亡,以及下调TNF受体1的表达等,因而是最 抗肿瘤药物伊马替尼(1)结构的再优化。前已述及,近发现的治疗多种炎症的药物靶标 伊马替尼是抑制Bcr-Abl和c-Kit激酶的抗肿瘤药物, 为了发现先导物,GSK公司首先用既往研发激酶 但由于脱靶作用而抑制心脏c-Kit激酶,导致心肌细抑制剂所合成的化合物,特别关注筛选结合于活性 胞的ATP枯竭,引起心脏损伤。对伊马替尼分子的再环套的DFG-out构象的2型抑制剂,进行了广泛的筛 设计,是利用 Bcr-Abl和c-Kit激酶的结合部位存在选,虽发现了活性化合物,但由于分子尺寸大,难以 Catalytic aC-Helix Imatinib 甲基与去水合 位点的作用 Bcr-Abi M318-G32I well-wrapped HB 图64甲基伊马替尼与cKt去水合位点(绿色)的疏水相互作用· 76 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2017, 52 (1): 71 −79 力学分子模拟, 由于跨膜蛋白的柔性和可移动性强 于 M3 受体, 噻托溴铵在受体部位的驻留时间短, 较 快地离开 M2 受体, 体现了动力学选择过程。图 5c 是噻托溴铵与 M3 和 M2 结合与离解过程的自由能变 化图, 与M3的复合物过渡态自由能高于M2, 显示出 慢离解特征[9]。 4.3 利用去水合位点的分子再设计 去水合位点 (dehydrons) 是蛋白质结构域中比较常见的现象, 它 的发生是当可溶性蛋白在空间排布构成高级结构时, 在不相邻的氨基酸残基之间可形成氢键 N-H…O=C, 如果由于所处的环境使该氢键一部分被水合、一部分 被疏水性基团包围, 这样的氢键就不太稳定, 被认为 是有缺陷的氢键, 这种氢键具有亲近疏水基团、“挤 走”水分子的趋势, 因为氢键在疏水环境中更加稳 定。去水合位点具有趋近、吸引和融合非极性基团的 倾向, 易于接近配体的非极性基团, 因而利用存在的 去水合位点在原有配体 (或药物) 的基础上可设计 新的配体分子 (redesign), 从而提高选择性, 降低脱 靶作用[10]。 利用水合位点进行重新设计的一个实例, 是对 抗肿瘤药物伊马替尼 (1) 结构的再优化。前已述及, 伊马替尼是抑制 Bcr-Abl 和 c-Kit 激酶的抗肿瘤药物, 但由于脱靶作用而抑制心脏 c-Kit 激酶, 导致心肌细 胞的 ATP 枯竭, 引起心脏损伤。对伊马替尼分子的再 设计, 是利用 Bcr-Abl 和 c-Kit 激酶的结合部位存在 多个去水合位点, 其中 Bcr-Abl 的 Met318 与 Gly321 之间形成了完全被疏水包裹的氢键, 而在 c-Kit 激酶 结构域中的 Cys673 与 Gly676 生成的氢键是有缺陷 的去水合位点, 因而, 如果在伊马替尼接近 Cys673- Gly676 的部位加入疏水性基团, 有可能提高和改变 对 c-Kit 激酶的结合。图 6 是化合物 9 (WBZ_4, 在伊 马替尼的吡啶环上连接 4-甲基) 与 Bcr-Abl 和 c-Kit 激酶分子对接图, 甲基的引入干预了 c-Kit 去水合位 点, 提高了肿瘤细胞 c-Kit 激酶氢键的稳定性和结合 强度, 而对于心脏 c-Kit 的去水和位点影响小, 因而 提高了抑制肿瘤的选择性作用[11, 12]。 5 受体相互作用蛋白 1 激酶抑制剂的研究 本节所叙述的例子还未达到成药上市的阶段, 但从发现苗头和先导物、优化的理念和机制的论证, 所用的技术方法对于精准的药物研发有所借鉴[13]。 5.1 常规性普筛未能获得苗头化合物 受体相互作 用蛋白 1 激酶 (receptor interacting protein 1 kinase, RIP1) 是肿瘤坏死因子介导的炎症和病理过程的重 要驱动剂, 例如, 调控前炎性细胞因子的产生, 引起 细胞凋亡, 以及下调 TNF 受体 1 的表达等, 因而是最 近发现的治疗多种炎症的药物靶标。 为了发现先导物, GSK 公司首先用既往研发激酶 抑制剂所合成的化合物, 特别关注筛选结合于活性 环套的 DFG-out 构象的 2 型抑制剂, 进行了广泛的筛 选, 虽发现了活性化合物, 但由于分子尺寸大, 难以 图 6 4-甲基伊马替尼与 c-Kit 去水合位点 (绿色) 的疏水相互作用