摘要：哺乳动物碳酸酐酶hCA VII主要表达于大脑并与多个神经生理与疾病相关，其选择性抑制剂可用于治疗癫痫和神经性疼痛。作者借助LigandScout从hCA VII复合物晶体结构建立药效团模型，并用药效团模型筛选集中库，将命中化合物进一步对接到hCA VII的晶体结构中，最后识别出几个新的化合物，它们显示出nM水平的CA抑制活性。
De Luca, L.; Ferro, S.; Damiano, F. M.; Supuran, C. T.; Vullo, D.; Chimirri, A.; Gitto, R. Structure-Based Screening for the Discovery of New Carbonic Anhydrase VII Inhibitors. Eur J Med Chem 2013, 71C, 105–111.
摘要
在哺乳动物碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase，CA)的诸多同工酶中，hCA VII主要表达于大脑并与多个神经生理与疾病相关。已经证实hCA VII是一个有潜力的靶标，选择性的抑制剂可用于治疗癫痫和神经性疼痛。为了发现碳酸酐酶抑制剂(Carbonic anhydrase inhibitors, CAIs)全新的化学实体，作者用了一种基于结构的方法：借助于LigandScout软件从两个著名的CAI于hCA VII复合物晶体结构开始建立药效团模型，获得合并后的药效团模型。随后，用这个药效团模型筛选集中库，将感兴趣的命中化合物进一步对接到hCA VII的晶体结构中。结果识别出几个新的化合物，它们显示出nM水平的CA抑制活性。
药效团建模与虚拟筛选流程
1. 药效团识别
用LigandScout分别用基于结构的方法，从两个PDB结构3MDZ与3ML5识别出两个抑制剂的药效团模型。
2. 药效团比较
合并模型：将这两个药效团模型叠合，去除重复的药效团特征。
3. 模型验证
用不同抑制程度的活性化合物对模型进行验证。
4. 虚拟筛选及其后处理
用上述药效团模型对含有6313个化合物的集中库进行虚拟筛选，命中299个化合物。其中22个化合物已有文献报道为CA抑制剂。用裸眼观察其它命中的化合物，选择了比较满意的34个化合物进入下一轮筛选。
5. 分子对接
将34个可视化观察满意的化合物用GOLD进行分子对接计算，选出能与催化中心Zn离子作用的9个化合物，其中有两个化合物3与4可以买得到。
6. 生物学验证
化合物1,2,3与4对hCA I, hCA II, hCA VII, hCA IX 以及 hCA XIV等同工酶的Ki值(nM)。
| hCA I | hCA II | hCA VII | hCA IX | hCA XIV | |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 | 8.6 | 6.3 | 62.9 | 66 | 19.4 |
| 4 | 8.9 | 73.2 | 39.4 | 53.2 | 7.6 |
| Acetazolamide (1) | 250 | 12 | 2.5 | 25 | 41 |
| Ethoxzolamide (2) | 25 | 8 | 0.8 | 34 | 2.5 |
结论
组合基于结构的药效团建模技术与分子对接技术进行虚拟筛选可以发现全新骨架的hCA IV抑制剂，其中两个化合物3与4可以抑制CA催化二氧化碳的活性并表现出nM水平的CA VII抑制活性。
亮点
- 用LigandScout生成基于结构的药效团模型：两个hCA VII抑制剂的药效团模型先分别识别出，再合并为一个;
- 针对集中库，用药效团模型进行虚拟筛选;
- 命中的化合物进一步进行分子对接计算;
- 发现两个命中物对hCA VII有nM水平的抑制活性。
用到的软件与关键技术
- LigandScout的药效团识别
- LigandScout的药效团比较技术：叠合与合并
- GOLD的分子对接计算
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