摘要：CCK2受体拮抗剂涉及到大量化学类型，而传统的3D-QSAR方法却只能在同类化合物中使用。为解决这个问题，作者使用基于分子场点叠合的3D-QSAR方法建立了CCK2拮抗剂的3D-QSAR模型。结果表明，该方法能够合理解释CCK2多种化学类型拮抗剂的活性。该方法的优点在于SAR分子不再局限于传统的化学结构表示，而能够自然地处理分子多样性，可用于骨架跃迁，有助于设计新型化合物。

Caroline M. R. Low and J. G. Vinter. Rationalizing the Activities of Diverse Cholecystokinin 2 Receptor Antagonists Using Molecular Field Points. J. Med. Chem. 2008, 51, 565-573.

摘要

缩胆囊素2（Cholecystokinin 2，CCK2）G-蛋白偶联受体（GPCR）是治疗胃酸相关疾病以及肠胃和胰腺癌症的有吸引力的药物靶标。迄今，已经有大量多样性化CCK2受体竞争性拮抗剂被报道出来。定点突变实验证明，这些多样性化合物都结合到与荷尔蒙激动剂同一个位点中。但由于CCK2受体拮抗剂涉及到大量化学类型，因此很难从中得到一个有意义的构效关系。传统的3D-QSAR方法包括CoMFA和CoMSIA是在格点场能量或者相似度指数的基础上使用偏最小二乘法进行建模，但最大的缺点是结果高度依赖于化合物的生物活性构象和它们叠合的方式。这就限定了这些方法只能在同类化合物中使用。

为解决这个问题，作者使用一种基于分子场点叠合的3D-QSAR建模方法：首先合并3个高活性、选择性的CCK2拮抗剂的场模式（field patterns）作为“受体模板”（receptor template），再将其他化合物与之比较进行场叠合，将叠合打分与实验测定的结合力比较，建立3D-QSAR模型。计算结果表明，使用该方法能够合理解释CCK2受体多种化学类型拮抗剂的活性。该方法的优点在于比较分子不再局限于传统的化学结构表示，而能够自然地处理分子多样性，可用于骨架跃迁，有助于设计新型化合物。

计算步骤

1.生成场模板

从CCK2受体多种化学类型的拮抗剂中挑选3种不同的化学类型的化合物（1、4和7），使用FieldTemplater产生场模板。使用排在首位的模板1（T1）作为3D-QSAR建模的场叠合模板。

CCK2抑制剂

Figure 1,场叠合模板的组成(a)及场点模式(b)

2.叠合分子

使用FieldAlign将每个化合物都叠合到模板T1中，使用场叠合打分Gsim（包括：原始重叠能E0、场相似度Fsim和体积总体相似度Vsim）进行评价，保留最佳的叠合构象。

3.建立3D-QSAR模型

使用化合物与场模板T1的场重叠打分Gsim与它们的实验的生物活性（pKB）进行比较，建立线性相关模型。结果显示，两者具有高度相性：R2 = 0.75，p值< 1E-6(图2)。进一步，对模型预测活性与生物活性进行拟合，两者具有良好的相关性：R2 = 0.67（图3）。残差分析表明，由场模板得到的预测值不存在显著系统误差（平均残差是0.07 ± 0.15）。

CCK2抑制剂-3D QSAR

Figure 2. CCK2受体拮抗剂的Gsim打分与RS PKB(生物活性)的线性最小二乘拟合。其中，用于建立场叠合模板的3个化合物使用虚心圆圈表示，用于建立3D-QSAR模型的18个测试集化合物用实心圆圈表示。

CCK2抑制剂，图3

Figure 3. CCK2受体拮抗剂的预测活性与实验测得的活性(pKB)的线性最小二乘拟合。其中，用于建立药效团假设的33个化合物使用虚心圆圈表示，用于建立3D-QSAR模型的27个测试集化合物用实心圆圈表示。

4.验证模型选择性

为验证模板T1建立的模型对CCK2具有选择性，采用该模板计算CCK1活性化合物的Gsim打分，然后进行回归分析。结果显示，其回归方程的R2值只有0.01，表明T1模板对CCK2拮抗剂具有选择性（图4）。

CCK2抑制剂图4

Figure 4. CCK1受体拮抗剂的（使用模板T1计算的）Gsim打分和实验pKi的散点图

结论

使用基于场点叠合的FieldTemplater能够从化学类型各异的化合物中获得一致的场点模式，基于该模式进行的叠合能够很好地反映同一个结合位点的各种化学类型化合物的作用模式。通过该方法建立的3D-QSAR模型能够合理地解释化合物的活性变化。该分子比较方法突破了传统方法的局限性，可用作骨架跃迁和指导新型化合物的设计。

亮点

  1. 采用基于场点的叠合方式，突破使用传统方法进行不同化学类型化合物叠合时的局限性；
  2. 与Catalyst建立的药效团3D-QSAR模型相比，对于训练集中不存在的化学类型，Field同样预测良好；相反，Catalyst研究中的测试集化合物都能在训练集中找到对应的化学类型。由此可见，场点方法特别适用于通过骨架跃迁产生新的先导化合物。
  3. 使用密切相关的蛋白受体CCK1拮抗剂作为验证，检验由CCK2拮抗剂产生的场叠合模板是否具有选择性。

关键软件与技术

  1. Cresset的FieldTemplater和FieldAlign技术。

    2. FieldTemplater和FieldAlign是Cresset公司的重要技术，实现在产品Forge中；FieldTemplater是基于场点技术生成叠合模板的程序，FieldAlign是基于场点进行叠合的程序。

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