應用分子相似性方法發現活性天然產物及潛在藥用植物初探

蔣雨惜 婁為義 段文虎

課題由來

易瑞沙（Iressa）是抗肺癌靶向藥物，對60%以上的亞裔女性非小細胞肺癌（Non-small-cell Lung Cancer）患者有很好的療效，并且沒有一般抗癌藥物和放療的毒副作用。這一抗癌藥物盡管非常有效，但十分昂貴，給服用該藥的患者帶來巨大的經濟負擔。與西藥相比，中藥具有歷史悠久、毒副作用小、價格便宜等優點，那么是否可以找到具有同等功效的中藥取代易瑞沙治療肺癌呢？于是我以尋找具有易瑞沙類似功效的植物為目的，開始了本課題的研究。我想如果用易瑞沙這一藥物的結構作模板，從已有的天然產物化合物數據庫中尋找與易瑞沙結構類似的化合物，再去找到含有這些化合物對應的植物，那么這些植物就極有可能具有與易瑞沙一樣的治療癌癥的功效。

研究流程和方法

本課題的目的是尋找與抗肺癌藥物易瑞沙功效相近，但價格低廉的中藥材。經過前期探索，本課題決定采用分子相似性搜索方法與生物活性測試相結合實現這一目標。首先采用已有的分子相似性比對程序，搜尋天然產物數據庫，找出與易瑞沙結構相似的化合物；然后用生物化學方法測試這些化合物對肺癌靶點蛋白的抑制能力，找出其中真正有活性的化合物；再對含這些活性化合物的植物提取物進行生物活性測試，最終確定與易瑞沙功效類似、具有潛在抗腫瘤活性的植物，為發現新的天然藥物和藥用植物提供線索。具體的研究流程如圖1所示。

實驗方法

天然產物數據庫的準備和預處理及模板分子的準備

上海藥物研究所的天然產物數據庫SIMMNPD收錄了7 079個天然產物結構。采用Corina軟件對其中每個化合物進行初始三維構象的生成準備處理，隨后采用小分子構象分析程序Cyndi對每個分子進行多個構象的生成和優化處理。

從蛋白質晶體結構數據庫（PDB）中找出易瑞沙與其相應的靶點蛋白EGFR復合物的晶體結構（PDB編號2ITZ），采用Sybyl軟件從中抽取出易瑞沙分子的三維結構。

分子三維相似性計算

應用分子三維相似性比較軟件Shafts從上述天然產物數據庫SIMMNPD中尋找與易瑞沙結構類似的化合物。所謂相似性比較，就是將2個分子的構象疊合在一起，通過一些相似性準則計算這2個分子的相似性。本課題采用的Shafts軟件是以分子形狀相似性與化學基團相似性衡量2個分子間的相似性。

生物活性測試

本研究用酶活性抑制實驗方法——酶聯免疫吸附法測試化合物和植物粗提物的生物活性。

上述測試方法也用于測定植物粗提物的生物活性。

本課題采用抗肺癌藥物易瑞沙及其三維結構作為參考模板分子，使用分子三維相似性計算程序Shafts計算每個天然產物的構象與易瑞沙的相似性，從7 079個天然產物中找到了與易瑞沙相似度超過0.8的化合物20個。

總結本研究結果，本項目應用的基于化合物相似性比較方法搜尋活性天然產物，再進一步發現潛在藥用植物方法，類似于“全球定位導航系統（GPS）”：用已知藥物的結構“定位導航”，從天然數據庫中搜出結構相似的化合物進行生物活性測試，通過測定含有活性化合物植物粗提物的生物活性，獲得潛在藥用植物的信息，真正做到活性定位、藥效功能定位和植物的區域定位。我們將這一方法稱為化學定位導航系統（Chemical GPS，見圖2）。這一方法可以推廣應用，用于發現可以治療其他疾病（如糖尿病）的活性天然產物和潛在藥用植物。

本研究的創新點概括如下。

最終僅測試了26個天然產物，就找到6個活性化合物，表明本研究所采用的化學定位導航系統的效率比傳統方法高。