L－型鈣離子通道抑制劑藥效團模型的構建

梁英喜，賀煜甦，崔 帥，李 斌，張燕玲，張小華（北京中醫藥大學，北京 100102）

·化學·

L－型鈣離子通道抑制劑藥效團模型的構建

梁英喜，賀煜甦，崔 帥，李 斌，張燕玲＊，張小華＊（北京中醫藥大學，北京 100102）

目的 構建L－型鈣離子通道抑制劑的藥效團模型，為從中藥化學成分中發現具有鈣離子通道抑制作用的成分提供了新的方法，同時為先導物改造成為活性較好的鈣離子通道抑制劑提供思路。方法 以來源于NCBI數據庫中對新西蘭兔心臟L－型鈣離子通道具有抑制作用的12個化合物為研究對象，利用HipHop定性藥效團模型構建方法，建立L－型鈣離子通道拮抗劑的藥效團模型，利用數據庫搜索方法對藥效團模型進行優劣評價。結果 獲得最優藥效團模型具有以下幾個特征：2個氫鍵受體和4個疏水基團，其綜合評價指數CAI為2.78。結論 構建的定性藥效團具有一定的可靠性，可用于開展活性化合物篩選和指導先導化合物的結構改造，有助于指導發現中藥中的L－型鈣離子通道阻滯劑。

L－型鈣離子通道抑制劑；定性藥效團；心血管疾病；中藥；化學成分

細胞外鈣離子濃度較細胞內高10萬倍，但由于脂質細胞膜形成屏障，不能自由進入胞內；鑲嵌在膜上的特殊蛋白質，形成貫穿膜內外的水相孔道，開放時允許離子順電化學梯度快速通過，這就是離子通道［1］。電壓依賴性鈣通道（voltage operated calcium channels，VOCC）就是這種調控Ca2＋內流的離子通道，對膜電位變化敏感，隨膜電位變化而開放，使Ca2＋以每秒1×109離子的速度進入，對外鈣內流起主要作用［2］。現知VOCC分6型，分別為L、P、Q、N、R、T型［3］。L－型鈣通道分布在心血管及神經元，它參與心臟起搏、肌肉和內分泌的興奮－收縮／刺激－分泌偶聯及細胞生長的調控過程［4］。鈣通道阻滯劑自問世以來，其療效在臨床上已得到肯定［5－6］。目前，應用較多的是選擇性作用于L－型鈣通道阻滯劑［7－8］。因此，尋找新型高活性的L－型鈣離子通道抑制劑對治療心血管疾病具有重要的臨床價值［9－10］。

藥效團模型方法是一種最大限度利用已有化合物的三維結構信息進行藥物發現的方法［11］。HipHop通過已知的一系列化合物的三維結構和生物活性數據構建藥效團模型，描述化合物生物活性的共同特征，所建立的藥效團模型可用于篩選具有潛在活性的化合物［12－13］。

本文利用定性藥效團模型技術構建L－型鈣離子通道抑制劑藥效團模型，旨在獲得篩選效率較高且能指導先導物改造的藥效團模型，從而為從中藥或天然產物中開發L－型鈣離子通道抑制劑提供指導。

1 材料與方法

1.1 訓練集及測試集化合物的選擇 利用Discovery Studio 4.0中的HipHop定性模型方法構建L－型鈣離子通道抑制劑藥效團模型。HipHop定性模型要求訓練集分子活性大，結構差異大［14］。測試集中活性分子與非活性分子的比例大約為1∶3。訓練集的12個化合物和測試集中的25個活性分子均來源于NCBI數據庫，且具有對新西蘭兔心臟上的L－型鈣離子通道抑制作用。測試集中的75個非活性化合物也來源于NCBI中，未見報道L－型鈣離子通道抑制作用。結構見圖1，NCBI中已知活性值見表1。

圖1 訓練集（1～12）及測試集（13～37）中的活性分子結構Fig.1 Chemical structures of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

表1 訓練集化合物（1～12）與測試集中的活性化合物的IC50（13～37）Tab.1 IC50of training set（1－12）and active compounds in test set（13－37）

1.2 實驗方法

1.2.1 化合物前處理 首先利用Discovery Studio中的Simulate Structurs模塊對訓練集和測試集的化合物加立場CHARMm，然后附加電荷Momany－Rone，最后利用Conformation Search and Minization模塊的Dreiding Minization對化合物進行處理，得到最低能量構象的化合物。利用Feature mapping對化合物藥效特征進行識別，包括：氫鍵受體（HB＿ACCEPTOR，A）、氫鍵供體（HB＿DONOR，D）、疏水基團（HYDROPHOBIC，H）、正電離子基團（POS＿IONIZABLE，PI）、負電離子基團（NED＿IONIZABLE，NI）、芳環基團（RING＿AROMATIC，R）。

1.2.2 HipHop藥效團模型的建立 HipHop算法根據訓練集中的活性化合物的三維空間排布產生共同的化學特征。將活性最高的4號和8號的Principal值設定為2，MaxOmitFit值設定為0。將活性最低的2號和9號的Principal值設定為0，MaxOmit－Fit值設定為2。將A、D、H、PI、NI、R的值均設定為0～5。將Minimum Feature Points和Minimum Features in Moderately Active值設為3。將Conformation Generation設為Best。Parallel processing設為True。Energy Threshold值設為10。其他參數均使用默認值。

1.2.3 藥效團模型的優劣評價 圖2為藥效團搜索數據庫各指標結果的示意圖，其中D代表數據庫中所有化合物的數目，A代表數據庫中活性化合物的數目，Ha代表藥效團模型命中的活性化合物數，Ht代表藥效團模型命中的所有化合物數。利用藥效團對三維數據庫進行搜索，通過一系列命中指數來評價藥效團的優劣。活性化合物有效命中率A%＝Ha／A，辨識有效性指數N＝（Ha／Ht）／（A／D），綜合評價指數CAI＝N×A%。

圖2 藥效團搜索數據庫結果示意圖Fig.2 The scheme of the results of searching database

2 結果與討論

計算得到10個HipHop藥效團模型，且均含有6個藥效特征，為HHHHAA，10個藥效團的模型的輸出及測試集數據庫搜索，結果見表2（其中A＝25，D＝100）。由表2可知，CAI值最高的4號藥效團模型具有6個藥效特征，分別是4個疏水基團（H）和2個氫鍵受體，是HipHop算法得到的最優藥效團模型，見圖3。

圖3 L－型鈣離子通道拮抗劑最優藥效團模型Fig.3 The optimal hypothesis of L－type calcium channel antagonists

表2 L－型鈣離子通道抑制劑HipHop模型輸出及搜索結果Tab.2 The outputs of qualitative hypotheses and the results of searching test set

本研究所得的10個藥效團模型CAI均大于2，活性化合物有效命中率（A%＝Ha／A）較優，但是其活性化合物命中率（Y%＝Ha／Ht）不高，考慮到其模型預測結果存在一定假陽性，在后期實際應用中，通過減小模型的Radius值來提高活性化合物命中率，降低非活性化合物命中率。

3 結論

本文通過12個具有L－型鈣離子通道抑制作用的化合物，構建了HipHop藥效團模型，其中最優藥效團模型的CAI值達到了2.78，并且將測試集中的具有L－型鈣離子通道抑制作用的25個化合物全部命中，說明該模型的搜索能力較強，可以有效命中活性化合物，減少漏篩率，有助于發現L－型鈣離子通道抑制劑，指導該藥物的研發。

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Pharmacophore model construction of L－type calcium channel antagonists

LIANG Yingxi，HE Yusu，CUI Shuai，LI Bin，ZHANG Yanling＊，ZHANG Xiaohua＊（Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100102，China）

Objective This study was amid to construct a pharmacophore model of L－type calcium channel antagonists in the application of a approach for discovering novel L－type calcium channel antagonists from leading compounds by screening traditional Chinese medicine（TCM）database.Methods Qualitative hypotheses were generated by HipHop separately on the basis of 12compounds with antagonistic action on L－type calcium channel expressed in rabbit cardiac muscle.Database searching method was used to evaluate the hypotheses.Results The results showed that optimal qualitative hypothesis is with certain features，i.e.two hydrogen－bond acceptors，four hydrophobic groups，and the CAI value of 2.78.Conclusion It was concluded that the pharmacophores are reliable and can be used to screen database for novel L－type calcium channel antagonists.

L－type calcium channel antagonist；qualitative hypotheses；cardiovascular disease；traditional Chinese medicine；chemical constituents

10.3969／j.issn.1004－2407.2015.02.021

R914

A

1004－2407（2015）02－0173－04

2014－10－10）

國家自然科學基金（編號：81173522）；北京中醫藥大學自主課題（編號：2014－JYBZZ－XS－107）

梁英喜，男，碩士研究生

＊通信作者：張燕玲，女，副研究員；張小華，女，教授