药物代谢及肾脏排泄转运体的计算模拟研究以及menin-MLL相互作用界面先导化合物的发现

发布时间：2018-12-12 06:46

【摘要】：药物吸收、分布、代谢、排泄以及毒性(ADME/T)性质影响药物的有效性和安全性,是决定药物研发成功与否的关键因素。化合物ADME/T性质的早期评价能降低药物的研发成本,减少药物毒性和副作用的发生,指导临床合理用药。近十年来,化合物ADME/T性质评估的实验体系已经发展得较为成熟,为计算预测积累了大量数据。同时,计算模型具有通量高、成本低的特点,在药物研发中显示出了巨大的优势,越来越多的研究开始关注药物ADME/T性质的计算预测。论文第一章介绍了药物ADME/T性质的计算预测研究取得的进展。首先回顾了近年来药物吸收、分布、代谢、排泄以及毒性计算预测方面的一些研究成果。同时,总结了现有的ADME/T计算预测商业软件和在线服务,并列举了一些在药物研发实践中采用计算预测ADME/T性质的案例。最后,总结了近年来ADME/T计算模型呈现出的发展特点,同时也提出了一些未来需要解决的问题。论文第二章研究了药物代谢性质的预测。醛基氧化酶(AOX1)是人体内重要的I相代谢酶,参与了醛基化合物或是含氮杂环的氧化过程。在过去的几十年间,为了增加药物对于细胞色素P450酶(CYP450)的代谢稳定性,先导化合物中有越来越多的含氮杂环化合物出现。在芳香环中引入氮原子使得整个体系电子密度降低,可以减少CYP450酶对于化合物的氧化,但同时也使得其中缺电子的芳香碳原子极易受到醛基氧化酶的攻击。醛基氧化酶代谢评估不足已经导致了很多药物的临床研发失败。因此,醛基氧化酶在药物设计与研发中的作用变得越来越重要。本章根据已发表的以及我们自己实验室测得的AOX1代谢数据,总结了判定人AOX1代谢位点(SOM)的简单规则。通过计算与化合物电子相关及与能量相关的两个特征,构建了预测潜在位点是否能被AOX1代谢的决策树模型。该决策树模型对于测试集中代谢位点和非代谢位点预测准确度为0.875。除此之外,本章发展的决策树模型能够更好的处理多代谢位点预测的问题,同时还能解释化合物中AO代谢选择性。利用构建的模型对商业数据库中14个作为c-Met抑制剂的潜在药物的aox1代谢情况进行了预测。经细胞实验验证,模型预测准确率达到92.85%,其中两个化合物被正确预测为使aox1的底物。这样的计算模型能帮助我们在早期对药物的aox1代谢情况进行快速且准确的评价,以降低药物研发后期失败的风险。论文第三、第四章重点研究了转运体介导的药物肾脏排泄。转运体是一类膜蛋白,选择性介导物质的跨膜运输。肾脏上表达的转运体负责将药物及其代谢产物的排泄过程。有机阳离子转运体2(organiccationtransporter2,oct2)是肾脏细胞基底侧唯一一个与阳离子相关的吸收型转运体蛋白,介导了阳离子药物肾脏排泄的第一步。多药和毒物外排转运体1(multidrugandtoxinextrusiontransporter,mate1)则主要分布于肾脏的近曲小管的刷状膜侧,负责将oct2等肾脏吸收型转运体摄取进入肾脏细胞的内源及外源物质排除细胞、排入尿液,完成肾脏排泄的整个过程。大量研究表明,转运体活性的改变可能会引发严重的药物毒副作用。因此,只有了解了影响oct2、mate1等肾脏转运体活性的化合物结构特点,了解抑制剂如何与转运体作用,我们才能对药物的肾脏排泄过程有较为全面的评估,从而避免转运体介导的药物-药物相互作用(ddi)。相比于酶或受体等药物靶标,膜转运体与化合物的亲和力相对要低,而其底物的结构多样性更为复杂,这就意味着在配体与转运体结合的过程中可能涉及多种机制。针对这类复杂的体系,发展了组合药效团(combinatorialpharmacophore,cp)的策略。第三章建立了由dhpr、apr、prr、hhr组成的oct2抑制剂组合药效团模型。如果一个分子能匹配其中任何一个药效团,则认为该化合物为抑制剂。组合药效团显著的提升了模型阳性分子回收率,并准确的区分了oct2抑制剂与非抑制剂。同时模型强调了药效特征芳香环(r)以及正电荷(p)对于oct抑制的重要性。通过对代表性抑制剂的分析我们发现,匹配prr的抑制剂可能参与到竞争性抑制当中,匹配药效团hhr或dhpr则对应了非竞争抑制剂。论文第四章建立了由hhr1、drr、hhr2和aaap组成的mate1抑制剂组合药效团模型。模型在测试集上对于mate1抑制剂与非抑制剂预测的准确性达到0.73。模型强调了疏水性(h)和芳香环(r)的作用对于抑制剂与mate1之间的识别是有重要作用的。结合oct2抑制剂组合药效团,我们发现prr和APRR分别于OCT2及MATE1的选择性抑制剂有关,而匹配HHR的化合物有可能成为OCT2和MATE1的双效抑制剂。通过分子量、代表性化合物以及分子对接分析,我们提出了一个MATE1抑制理论模型:HHR1和DRR抑制剂结合于MATE1转运腔的N侧区域,可能与ASP+的竞争性抑制相关,而AAAP更多的结合于中央区域,通过非竞争性机制抑制底物ASP+的转运。这些结果能帮助我们理解肾脏转运体的抑制机制,在药物研发早期阶段发现转运体抑制剂,避免不良反应的发生。混合谱系白血病(mixed lineage leukemia,MLL)蛋白诱发白血病的活性极大的依赖于其与menin的相互作用。阻碍两者的结合,MLL的致癌性也将消失,这为治疗MLL相关白血病提供了一种新的手段。论文第五章利用计算模型对menin-MLL相互作用界面的小分子抑制剂进行了虚拟筛选。我们建立了对接及3D-QSAR药效团两类模型,并通过诱饵分子的测试证明这两类模型具有较好的阳性分子筛选能力。因此,我们制定了一个结合对接以及3D-QSAR模型的虚拟筛选策略。经荧光偏振实验实验验证,在筛选出的121个化合物中,发现了5个具有新型骨架结构的menin-MLL抑制剂分子。其中,DCZ_M123具有较好的抑制活性,其IC50为4.71±0.12μM,Ki值为0.94±0.03μM。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学院上海药物研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R96;R91
，

本文编号：2374121