摘要:神经激肽受体参与多种生理过程,因此是有前景的药物靶标,但是它同时也可能是许多药物的副作用的诱因。作者在亚型选择性和非选择性NKR拮抗剂的基础上,使用LigandScout构建了一组基于配体的公共特征药效团模型。使用该模型对已批准药物进行虚拟筛选。该前瞻性研究结果得到体外实验的证实,他们发现氟哌啶醇、依普拉酮及芬布酯是NKR的配体。该研究表明,药效团模型不仅用于常规的药物发现,还可用于建立化合物的活性谱,同时本文也是药效团在老药新用开发的典范。

Yvonne Krautscheid. Pharmacophore Modeling, Virtual Screening, and in Vitro Testing Reveal Haloperidol, Eprazinone, and Fenbutrazate as Neurokinin Receptors Ligands. J. Chem. Inf. Model. 2014, 54, 1747 −1757

摘要

神经激肽受体(Neurokinin receptors,NKRs)被报道参与多种生理过程,因此是有前景的药物靶标,但是它同时也可能是许多药物的副作用的诱因。作者在亚型选择性和非选择性NKR拮抗剂的基础上,使用LigandScout构建了一组基于配体的公共特征药效团模型。使用该模型对已批准药物进行虚拟筛选。该前瞻性研究结果得到体外实验的证实,他们发现氟哌啶醇、依普拉酮及芬布酯是NKR的配体。该研究表明,药效团模型不仅用于常规的药物发现,还可用于建立化合物的活性谱,同时本文也是药效团在老药新用开发的典范。

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计算步骤

一 准备NKR配体

从ChEMBL数据库上收集人类的或豚鼠的NKR的选择性和非选择性配体共30个化合物作为训练集和测试集(图1)。

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图1,部分训练集与测试集化合物

从ChEMBL数据库上提取decoy化合物,即物理性质(分子量、clogP、柔性键个数、氢键受体和供体个数等)与上述准备的NKR配体接近,但没有NKR活性的化合物,结果得到超过61000个化合物。为了缩小decoy数据库的规模,使用Accelry Discovery Studio对decoy数据库进行基于FCFP4分子指纹的聚类,得到3000个结构多样性良好的化合物。

使用内部的数据库,共2638个化合物,包括已批准药物、化学合成化合物和天然产物。

四 准备Drugmatrix数据库

使用来自美国卫生部国家毒性项目的Drugmatrix数据库,包括830个药物和生物活性化合物,已经针对132个药物靶标进行实验测试。

五 产生构象

使用LigandScout内置的OMEGA产生构象,对每个NKR配体产生500个构象,对每个decoy化合物产生25个构象,对内部数据库每个化合物产生100个构象,对Drugmatrix数据库每个化合物产生25个构象。

六 产生模型

使用LigandScout从训练集中挑选不同的配体产生一组包含NK1R、NK2R和NK3R活性的药效团模型,以识别大多数NKR活性化合物。

七 检验模型

使用上述药效团模型对内部数据库进行筛选,使用若干度量指标来评价模型的质量,包括:回收率、敏感度、特异度以及富集率等等,并绘制ROC曲线。保留具有良好回收率且富集率大于5的模型并合并,得到7个不同的药效团模型(图2)。采用这些药效团模型,能够从由30个活性化合物和2981个decoy化合物组成的化合物库中识别出168个苗头化合物,其中包含29个活性化合物(图3)。

为了检验药效团模型能否对非活性化合物正确分类,对Drugmatrix数据库进行虚拟筛选,结果表明818个化合物中仅有少量非活性化合物被筛选出来,因此这些药效团模型具有足够的区分能力。

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表1,经过decoy检验得到的7个最好的药效团模型的测试结果

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图2,经过过滤和合并得到的7个不同的药效团模型,它们的筛选结果存在较少的重叠

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图3,对模型进行验证的结果ROC曲线和AUC

八 体外实验验证

由于模型1具有最好的富集率和最佳的active/decoy率,因此其对内部数据库的筛选结果中挑选了5个化合物用作体外实验验证,包括:放射性配体结合实验、受体亚型特异性结合实验及NK1R激动相关的钙释放拮抗实验。实验表明:其中3个化合物氟哌啶醇(化合物31)、依普拉酮(化合物32)及芬布酯(化合物33)是NKR配体。

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表2,模型1筛选结果中的5个化合物的体外实验结果

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图4,体外实验证实有NKR活性的3个化合物与药效团模型1的叠合图

结论

在已知NKR配体的基础上构建基于药效团模型,经过精心设计的检验,良好的模型可用于药物的副作用预测。实验证明,3个已批准的药物同时是NKR的配体。

亮点

  • 通过精心准备的数据库的检验,从众多药效团模型中挑选命中结果较少重叠的一批药效团,进行组合模型筛选,以达到更大的命中覆盖面;
  • 通过药效团模型筛选的方法,从老药中寻找新功能(副作用)。

关键软件与技术

LigandScout的药效团识别技术,decoy检验的构建,放射性配体结合实验、受体亚型特异性结合实验及NK1R激动相关的钙释放拮抗实验等多种生物学技术。

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