乙酰胆碱酯酶与新型香豆素类二聚体抑制剂的作用研究

２０１４年４月　第３１卷第２期　枣庄学院学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＺＡＯＺＨＵＡＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ａｐｒ．２０１４　

Ｖ０１．３ｌ　Ｎ０．２　

乙酰胆碱酯酶与新型香豆素类二聚体　抑制剂的作用研究　

王金虎，毕海燕　（枣庄学院化学化工与材料科学学院，山东枣庄２７７１６０）　［摘要］本文通过分子对接的方法研究了香豆素类二聚体作为ＡＣｈＥ抑制剂在正常活性位点（Ｓｅｒ２０３、Ｇｌｕ３３４和　Ｈｉｓ４４７）和外周阴离子活性位点（Ｈｉｓ２８７、Ｔｙｒ７２、Ｔｙｒ４４１和Ｇｌｕ２９２）的作用情况．研究结果表明，此类抑制剂有两个负电　性中心：抑制剂母体的内酯区和６位或７位的苄基区．由于这两部分负电作用比较强极易与周围蛋白质发生静电作　用，从而导致氢键的形成．研究发现香豆素二聚体类抑制剂更容易结合在ＡＣｈＥ的外周阴离子活性区域．这类抑制剂在　外周阴离子活性位点有相同的作用模式．这使得香豆素类二聚体有可能成为一种有更好应用前景的乙酰胆碱酯酶抑　制剂．　［关键词］乙酰胆碱酯酶；抑制剂；香豆素类二聚体抑制剂　［中图分类号］Ｇ６３３．８　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００４—７０７７（２０１４）０２—００５９—０７　

０引言　阿尔茨海默氏病（Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ　ｄｉｓｅａｓｅ，ＡＤ）是一种常见的与年龄相关的神经退行性认　知功能障碍的疾病，其特征是记忆力减退，神经性精神和行为障碍．ＡＤ发病率较高，死亡　率仅次于　Ｅ－血管病、癌症及中风而位居第四…，已成为现代社会严重威胁老年人健康和　生命的疾病之一．对症治疗阿尔茨海默氏病的药物主要是一类乙酰胆碱酯酶（ＡＣｈＥ）类　药物，通过提升中枢胆碱功能，来抑制乙酰胆碱的降解Ｅ２］．乙酰胆碱（ＡＣｈ）是一种促进思　维活跃的神经递质，ＡＤ患者脑内ＡＣｈ的减少是认知和记忆功能损伤的直接原因．现在　市场上治疗ＡＤ的药物有五类，其中四个（他克林，多奈哌齐，卡巴拉汀，加兰他敏）是乙　酰胆碱酯酶抑制剂（ＡＣｈＥＩｓ）　－６］，而美金刚是Ｎ一甲基一Ｄ一天冬氨酸受体（ＮＭＤＡ）拮　抗剂．但是，所有这些药物在治疗过程中存在副作用，长时间服用药物效力会减弱　．由　于ＡＤ病因的复杂多样性，ＡＣｈＥＩｓ等传统单靶向抗ＡＤ药物只在一定程度上缓解中、轻　度ＡＤ患者的病症，并不能终止和逆转ＡＤ的病情进展．因此近１０多年来新型多靶向抗　ＡＤ药物的研发日益成为本领域的研究热点．目前对症治疗阿尔茨海默氏病的药物主要　属于一类含乙酰胆碱酯酶（ＡＣｈＥ）抑制剂的药物．　通过文献阅读在文献　中收集了十九种表现出结构多样性的香豆素类二聚体化合　物作为配体分子（如图１），以考察不同取代基对二聚体类抑制剂与乙酰胆碱酯酶复合构　象的影响．本文选用来自老鼠类乙酰胆碱酯酶晶体结构（ＰＤＢ　ＩＤ：１Ｎ５Ｍ）作为分子模拟　研究中的受体．　

１研究方法　为了得到香豆素二聚体类配体分子的稳定结构，应用Ｇａｕｓｓｉａｎ　０３程序包　中密度　

［收稿日期］２０１４—０１—０３　［基金项目］山东省优秀中青年科学家科研奖励基金（项目编号：ＢＳ２０１３ＳＷ０３７）．　［作者简介］王金虎（１９８１一），男，山东枣庄人，枣庄学院化学化工与材料科学学院讲师，理学博士，主要从事生物化学理论研　究．　

・５９・　枣庄学院学报　２０１４年第２期　泛函方法在６～３１Ｇ（ｄ）水平下对二聚体类分子１—１９进行构型优化，结果如图１所示．　优化结束后选取能量低的优势构象用于分－Ｔ－－对接研究．应用ＡｕｔｏＤｏｃｋ　４．０软件　对配体　１—１９和ＡＣｈＥ受体进行分子对接对接．对接过程中，应用ＡＤＴ中的Ｌｉｇａｎｄ模块设置配　体分子的自由度．计算中用来代表受体的ｇｒｉｄ　ｍａｐｓ采用ＡｕｔｏＧｒｉｄ程序计算．ＡＣｈＥ受体　分子由于包括两个活性位点，一个为正常的活性区域，另一个为外周阴离子活性区域；为　使ｇｒｉｄ盒子能够完全包含活性位点及其周围的蛋白区域，本文依次选取格点盒子的大小　为６０Ａ×３０Ａ×６８Ａ；每个香豆素二聚体类分子均进行４０次独立的对接运算，对接结果根　据构象差异按照均方根偏差（ＲＭＳＤ）值等于０．５　Ａ为标准进行分组，并依据结合自由能　的大小对结果进行评估．对每个香豆素二聚体类小分子，选取含有最多对接构象的分组　中对接能量最低的构象作为该抑制剂分－ｙ－．的活性构象．　

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２结果和讨论　

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图２　Ａ－九种香豆素二聚体类小分子优化结构　２．１　分子对接数据图像分析　分组结果表明，在每Ａ＇－香豆素二聚体类分子的４０次独立对接结果中，十九种香豆素　类二聚体小分子均主要以一种结合方式（构象所占比例≥８０％）与受体发生相互作用．　Ａｕｔｏｄｏｃｋ计‘算的台甚量项包括分子问作用台邑（包括范德华井目互作用青色、氢键才目互作用旁色、去　・６０・　王金虎。毕海燕乙酰胆碱酯酶与新型香豆素类二聚体抑制剂的作用研究　溶弃　化青色和静电才目互作用青色），内肯色和分子扭转台邑．其中前两项之和为对接台邑（Ｄｏｃｋｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ），第一和第三项之和为结合能（Ｂｉｎｄｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ），对接的能量信息见表１．　正常活性位点由残基Ｓｅｔ２０３、Ｇｌｕ３３４和Ｈｉｓ４４７组成，Ｊ＇ｉ－周阴离子活性位点是由　Ｈｉｓ２８７、Ｔｙｒ７２、Ｔｙｒ４４１和Ｇｌｕ２９２组成．当香豆素类二聚体小分子１、２、３、４、５、６、７、９、１　１、　１２、１３、１８和１９在正常活性位点以及二聚体小分子５在外周阴离子活性位点的结合能均　为正值，说明这种抑制剂不能与目标蛋白质对接，即使它在电脑模拟计算过程中出现了　氢键，结合能仍然为正值，所以在表１中没有出现这几组的数据．　在对接计算的所有能量中，二聚体小分子配体和蛋白酶之ＩＮ的氢键作用模式最为关　键，它直接决定了抑制剂是否能起到抑制作用以及抑制作用的强弱，而配体特定基团的　疏水作用则可以很大程度上影响抑制剂的特异性　．分子对接得到的分子与活性口袋　及其相邻残基的作用方式见图３和４．通过对接构象与ＡＣｈＥ之间氢键作用模式上的差　异及图像的研究，可以将对接构象分为三类：（ａ）以二聚体小分子中６、７号位取代基的部　分氧原子与ＡＣｈＥ发生氢键相互作用的构象；（ｂ）氢键位于二聚体小分子中的内酯基与　ＡＣｈＥ的活性口袋残基之间；（ｃ）以二聚体小分子中３号位取代基的部分氧原子、氮原子　与ＡＣｈＥ发生氢键相互作用的构象．由于不同的香豆素分子可以具有相同的结合模式，　因此图３中给出了抑制剂８、１４、１５和１６的在正常活性位点对接构象以竹：代表；图４给　出了抑制剂３、９、１１和１３在外周阴离子活性位点区域对接的对接构象作为代表．　

表１　对接得到的二聚体分子与ＡＣｈＥ之间的结合能和对接能　

・６１・　枣庄学院学报　２０１４年第２期　研究发现，二聚体类小分子大部分都位于蛋白质残基组成的疏水区域，尤其是小分　子两端的二聚体环和苯环几乎都位于疏水区域．但是若小分子６、７号位的取代基有氧原　子出现ｔ￣，－Ｊ－，该区域有可能位于蛋白质残基组成的亲水区域；由于二聚体小分子母体的内　酯基负电作用比较强，极易与周围蛋白质残基发生静电作用产生氢键，所以该位置一般　位于蛋白质残基组成的亲水区域；抑制剂３号位取代基上若有氧原子或氮原子出现时，　该部位的氧原子或氮原子有可能与周围蛋白质残基发生作用产生氢键，所以该位置有时　是位于蛋白质残基组成的亲水区域．　由表１中可以发现，有很多组二聚体小分子由于对接能是正值所以在表中没有出　现，尤其是在Ｓｅｔ２０３、Ｇ１ｕ３３４和Ｈｉｓ４４７组成的正常活性位点对接时１８组实验中有１２组　实验的对接能出现正值；而在Ｈｉｓ２８７、Ｔｙｒ７２、Ｔｙｒ４４１和Ｇ１ｕ２９２组成的外周阴离子活性位　点对接时只有１组对接数据出现正值．同时通过对结合能、对接能和抑制常数的比较，说　明该香豆素类二聚体抑制剂与乙酰胆碱酯酶作用时，更容易在外周阴离子活性区域与乙　酰胆碱酯酶发生作用．在二聚体类分子和乙酰胆碱酯酶相互作用时，它们之间的结合能　和对接能与二聚体小分子的抑制作用之间并无良好的线性对应关系，即对接能最低的配　体并不是抑制作用最强的，反之亦然．之所以出现这种现象，主要有两个方面的原因：　（１）在结合位点相同时，不同香豆素类二聚体小分子的取代基在原子类型、原子数目以及　自由度等方面差别较大，这是导致结合能和对接能差异较大的一个关键因素；（２）决定抑　制剂抑制效果的因素有很多，除了结合能以外，受体和配体之间的轨道相互作用、极化作　用、疏水性相互作用也是影响抑制剂活性的关键因素．　

３结论　研究结果表明，部分抑制剂有两个负电性中心：抑制剂母体的内酯区和６位或７位　的苄基区．由于这两部分负电作用比较强极易与周围蛋白质发生静电作用，从而导致氢　键的形成．香豆素二聚体类小分子主要以内酯区与ＡＣｈＥ结合．这使其有可能成为一种　有更好应用前景的新型乙酰胆碱酯酶抑制剂．　

参考文献　［１］段金海，汪华侨，陈少琼．阿尔茨海默病患者脑白质损害与认知功能的关系［Ｊ］．中华神经科杂志，２００６，３９（２）：７６　—７９．　［２］Ｂａｂｕｓ　Ｒ　Ｔ，Ｄｅａｎ　Ｒ　Ｌ，Ｂｅｅｒ　Ｂ，Ｌｉｐｐａ　Ａ　Ｓ．Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆｔｈｅ　Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＡＦ６￣Ａ，Ａ　Ｃｈｏｌｉｎｅｒｇｉｃ　Ｎｅｕｒｏｔｏｘｉｎ．［Ｊ］　Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８２，２１７：４０８—４１７．　［３］Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ，Ｐ．Ｊ．［Ｊ］Ａｃｔａ　Ｎｅｕｒｏ１．Ｓｃａｎｄ．Ｓｕｐｐ１．１９９３，１４９：４２—４５．　［４］Ｋｅｌｌｙ，Ｃ．Ａ．；Ｈａｒｖｅｙ，Ｒ．Ｊ．；Ｃａｙｔｏｎ，Ｈ．［Ｊ］ＢＭＪ　１９９７，３１４：６９３—６９４．　［５］Ｓｃｏｔｔ，Ｌ．Ｊ．；Ｇｏａ，Ｋ．Ｌ．［Ｊ］Ｄｒｕｇｓ　２０００，６０，１０９５—１１２２．　［６］Ｇｏｔｔｗａｌｄ，Ｍ．Ｄ．；Ｒｏｚａｎｓｋｉ，Ｒ．Ｉ．［Ｊ］Ｅｘｐｅｒｔ　Ｏｐｉｎ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇ．Ｄｒｕｇｓ　１９９９，８，１６７３—１６８２．　［７］Ｔｈｉｅｓ　Ｗ，Ｂｌｅｉｌｅｒ　Ｌ．Ａｌｚｈｅｉｍｅｒｇ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ．Ａｌｚｈｅｉｍｅｒｇ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　ｒｅｐｏｒｔ：２０１２　Ａｌｚｈｅｉｍｅｒｇ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｆａｃｔｓ　ａｎｄ　ｆｉｇｕｒｅｓ．　［Ｊ］Ａｌｚｈｅｉｍｅｒｓ　Ｄｅｍｅｎｔ，２０１２，８：１３１—１６８．　［８］Ｍａｒｃｏ　Ｃ，Ｌｅｏｎａｒｄｏ　Ｐ，Ｆｒａｎｃｅｓｃｏ　Ｌ，Ｏｒａｚｉｏ　Ｎ，Ｐａｏｌｏ　Ｐ，Ａｎｇｅｌａ　ｓ，Ｓａｖｅｆｉｏ　Ｃ，Ａｎｇｅｌｏ　Ｃ．Ｄｅｓｉｇｎ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｕｍａｒｉｎ　ａｌｋｙｌａｍｉｎｅｓ　ａｓ　ｐｏｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｄｕａｌ　ｂｉｎｄｉｎｇ　ｓｉｔｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ　ｏｆ　ａｃｅｔｙｌｃｈｏｌｉｎｅｓｔｅｒａｓｅ．［Ｊ］Ｂｉｏ　Ｍｅｄ　Ｃｈｅｍ，２０１３，２１：１４６—１５２．　［９］Ｙｕｅ　ｑｉｎｇ　Ｈ，Ｊｕｎ　Ｚ，Ｏｏｒｍｉｌａ　Ｃ，Ｆａｎｎｙ　Ｃ　Ｆ，Ｎａｎｃｙ　Ｙ．Ｄｅｓｉｇｎ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｖｅｌ　ｈｅｔｅｒｏｄｉｍｅｒｓ　ｏｆ　ｄｏｎｅｐｅｚｉｌ　ａｎｄ　ｈｕｐｅ＝ｉｎｅ　ｆｒａｇｍｅｎｔｓ　ａｓ　ａｃｅｔｙｌｃｈｏｌｉｎｅｓｔｅｒａｓｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ．［Ｊ］Ｂｉｏ　Ｍｅｄ　Ｃｈｅｍ，２０１２，２Ｏ：５６７８—５６９８．　［１０］Ｇａｕｓｓｉａｎ　０３，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ　Ａ．３．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｍ．Ｊ．；Ｔｒｕｃｋｓ，Ｇ．Ｗ．；Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｈ．Ｂ．；Ｓｃｕｓｅｆｉａ，Ｇ．Ｅ．；Ｒｏｂｂ，Ｍ．Ａ．；　Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｊ．Ｒ．；Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊ．Ａ．；Ｖｒｅｖｅｎ，Ｊｒ．，Ｔ．；Ｋｕｄｉｎ，Ｋ．Ｎ．；Ｂｕｒａｎｔ，Ｊ．Ｃ．；Ｍｉｌｌａｍ，Ｊ．Ｍ．；［ｙｅｎｇａｒ，　Ｓ．Ｓ．；Ｔｏｍａｓｉ，Ｊ．；Ｂａｒｏｎｅ，Ｖ．；Ｍｅｎｎｕｃｃｉ，Ｂ．；Ｃｏｓｓｉ，Ｍ．；Ｓｃａｌｍａｎｉ，Ｇ．；Ｒｅｇａ，Ｎ．；Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，Ｇ．Ａ．；Ｎａｋａｔｓｕ—　ｊｉ，Ｈ．；Ｈａｄａ，Ｍ．；Ｅｈａｒａ，Ｍ．；Ｔｏｙｏｔａ，Ｋ．；Ｆｕｋｕｄａ，Ｒ．；Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｊ．；Ｉｓｈｉｄａ，Ｍ．；Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｔ．；Ｈｏｎｄａ，Ｙ．；