一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法

2023-09-16 23:06:15

專利名稱：：一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法
技術領域：
：本發明涉及一種藥物定量構效關係研究方法，特別是一種流感病毒的神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法。
背景技術：
：流行性感冒病毒(簡稱流感病毒)是嚴重危害人類健康的一種急性病毒性呼吸道傳染病。由於現有的預防及治療流感的手段和藥物缺乏，開發有效的抗流感病毒藥物具有重要意義。在流感病毒的生命循環中，病毒表面的蛋白質血凝素和神經氨酸酶對於流感病毒的侵入和傳播起著非常重要的作用，其中神經氨酸酶能催化裂解病毒蛋白末端神經氨酸殘基與糖蛋白、糖脂和寡聚糖間的a-2酮基，從而促進新形成的病毒顆粒從感染細胞中分離與擴散。神經氨酸酶抑制劑已成為近年來開發抗流感藥物的研究熱點。目前，根據神經氨酸酶的晶體結構，已合理設計了許多選擇性高、活性強的化合物，其中只有扎那米韋(Zanamivir)和奧塞米韋(Oseltamivir)通過美國食品與藥物管理局批准上市。而上述兩種藥物也有各自的缺陷(BioorgMedChem，2006,14:8574-8581)。正在研究和開發中的神經氨酸酶抑制劑很多，研究發現醯基硫脲類似物具有神經氨酸酶抑制活性。如果能進一步優化結構，提高活性，醯基硫脲類似物有望成為一類新的高效抗流感藥物，而定量構效關係研究是定量藥物分子設計的一種重要方法，它對於設計和篩選生物活性顯著的藥物以及闡述藥物的作用機理等具有指導作用。因而構建這些化合物的分子結構與生物活性之間的定量相關模型，對於研究、設計和開發出高效抗流感藥物具有重要意義。目前，定量構效關係可以分為二維和三維方面，前者可以處理多達成千化合物，但物化意義不明確，後者物化意義明確，但其參數計算複雜以及變量過多，因而限制了其廣泛應用。因此，開發具有物化意義明確、操作筒便、表徵能力強以及拓展性能好的三維定量構效關係研究具有重要意義。
發明內容有鑑於此，為了解決上述問題，本發明提供了一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，能夠用於醯基硫脲類似物的抑制活性預測，為進一步分析醯基硫脲類似物的構效關係，設計和開發具有特定抑制活性的抗流感病毒新藥提供方法借鑑。本發明的目的是這樣實現的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態分類，從分子立體結構的原子相對距離和原子自身性質出發，經計算藥物分子內部不同類型原子之間的靜電、立體和疏水性質得三維原子場全息作用矢量；b)應用三維全息原子場作用矢量對醯基硫脲類似物的結構進行表徵；c)用逐步回歸技術挑選與醯基硫脲類似物活性密切相關的結構特徵；d)用偏最小二乘法建立醯基硫脲類似物構效關係分析模型。進一步，在於步驟a)具體包括如下步驟al)按照原子所處周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA共5個主族將其劃分為5類；a2)將不同主族中的原子按其雜化狀態細分為10類；a3)得到一個分子內部不同類別原子之間的55種相互作用情況；a4)分別計算分子內原子之間的靜電、立體和疏水三種勢能，共得到55x3=165個原子作用項表徵分子結構信息，稱該作用項為三維全息原子場作用矢量；進一步，步驟b)具體包括如下步驟使用化學繪圖軟體Chemoffice10.0中的Chem3D模塊構建每個化合物的立體結構，用半經驗量化程序MOPAC方法在AMI水平上優化得到分子結構(截斷值0.001^//wo/),並採用馬利肯(Mulliken)法以單點形式計算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標和淨電荷數示之，用三維全息原子場作用矢量對分子結構進行表徵，並將表徵結果作為定量構效關係模型的自變量；進一步，步驟c)具體包括如下步驟用逐步回歸技術進行變量篩選，按費歇爾顯著性才全驗依次引入變量，以偏F^全驗值對應的顯著水平值P為依據當候選變量中最大偏F檢驗值的P50.05，則引入相應變量，在已進入方程的變量中，若其最小偏F檢驗值的P^O.l時，則剔除相應變量，最終選出IO個顯著性變量進入才莫型；進一步，步驟d)具體包括如下步驟將醯基硫脲類似物的半抑制率IC50值轉換為pIC50，以pIC5Q值作為定量構效模型的因變量，用偏最小二乘建立醯基硫脲類似物定量構效關係模型。本發明的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其中選取的三維全息原子場作用矢量物化意義明確、可解釋性強、表徵能力強、使用操作方便及拓展性能好；逐步回歸方法能夠較好地挑選與醯基硫脲類似物活性密切相關的結構變量參數；偏最小二乘方法集多元線性回歸分析、典型相關分析和主成分分析的基本功能為一體，可分析包含多重共線性以及較大噪聲的眾多自變量；所建模型可以很好的體現醯基硫脲類似物的結構-功能關係，同時，模型具有較好的預測能力。本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中圖1是本發明的定量構效關係模型變量投影重要性示意圖。具體實施例方式以下將參照附圖，對採用本發明的方法用於一組醯基硫脲類似物的定量構效關係分析為例進4亍詳細的描述，包括以下步驟a)將原子按族和雜化狀態分類，從分子立體結構的原子相對距離和原子自身性質出發，經計算藥物分子內部不同類型原子之間的靜電、立體和疏水性質得三維原子場全息作用矢量；藥物分子中常見的原子包括氫、碳、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴、碘，它們分別屬於元素周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA中的5個主族。因此，首先按照原子所處周期表的族將其劃分為5大類。為了更好地表達分子細微結構特徵，並考慮到同一族原子處於不同雜化狀態時化學性質也有較大差異，在上述分類的基礎上再進一步把不同主族中的原子按其雜化狀態細分為10類，這樣一個分子內部不同類別原子之間的相互作用情況就有55種，參見表1。表1.10類原子及其55種相互作用情況tableseeoriginaldocumentpage7Br，I分別採用靜電、立體和疏水三種勢能來表達不同的作用形式，最終對於一個有機分子將得到55x3=165個原子作用項來表徵分子結構信息。靜電作用通過庫侖定律表達formulaseeoriginaldocumentpage8(1)式(l)中五指靜電作用，其中是原子間的Euclid距離，單位為A;e為單位電荷電量1.6021892xl(T19C;e。為真空中的介電常數8.85418782xl(T12C2/J-m;Z為原子淨電荷數，以電子為單位；w和"為原子所屬種類。通過該式可以計算分子中所有原子間的靜電作用能，並按原子對所屬類型將其分別累加入55個靜電作用項中。立體作用以Lennard-Jones方程計算formulaseeoriginaldocumentpage8(2)式(2)中對旨立體作用，^二fe巧/。為原子對勢能阱深；D為原子間作用能校正常數，取0.01;i/=(CVie/+CW/)/2，為經過校正後的原子對範德華半徑，校正因子G當spS雜化時取1.00,spZ雜化取0.95，sp雜化時取0.卯。疏水作用釆用hint方法描述formulaseeoriginaldocumentpage8(3)式(3)中/7指疏水作用；S為原子溶劑可及面積，是以水分子(範德瓦爾斯半徑為1.4A)為探針在原子表面滾動其球心形成的表面面積；a為原子疏水常數；r系二值判別函數，以表明不同類型原子疏水作用的熵效應變化方向。分別計算分子的靜電、立體與疏水性質後，將得到的參數定義為三維全息原子場作用矢量。b)應用三維全息原子場作用矢量對醯基硫脲類似物的結構進行表徵；從文獻(BioorgMed.Chem,2006,14:8574)中選取一組醯基硫脲類似物作為研究體系。使用化學繪圖軟體Chemoffice10.0構建每個化合物的立體結構，用Chem3D自帶的半經驗量子化學軟體MOPAC在AMI水平上優化得到分子結構(截斷值0.001fc//mo/)，並採用馬利肯(Mulliken)法以單點形式計算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標和淨電荷數示之，以C語言編寫程序Super-3D.EXE進行結構表徵，由於樣本分子中只含有C、H、O、N、S、F、Cl七種原子類型，計算出的165個描述子中有33個為全零項，得到132個非零的描述子。其中^~^55,r56~r110，^nr,65分別對應靜電項、立體項、疏水項。將表徵結果作為定量構效關係分析模型的自變量。c)用逐步回歸技術挑選與醯基硫脲類似物活性密切相關的結構特徵；用逐步回歸進行變量篩選，按費歇爾(Fisher)顯著性檢驗依次引入變量，以偏F檢驗值對應的顯著水平值P為依據當候選變量中最大偏F檢驗值的P^0.05,則引入相應變量，在已進入方程的變量中，若其最小偏F檢驗值的時，則剔除相應變量，最終選出10個顯著性變量(7155,r126,F1I3,F56，K3，F41，「52,Ko,F咖)進入模型。d)用偏最小二乘法建立醯基硫脲類似物構效關係模型；將醯基硫脲類似物的半抑制率ICso值轉換為pIC5o,以pIQo值作為因變量，用偏最小二乘建立醯基硫脲類似物定量構效關係模型，以留一法交互檢驗的累計復相關係數Q2評價模型的預測能力，所建模型為p/C50=11.41-0.曹|55_0I126-0I2-0萬13(4)復相關係數尺2=0.908,Q2=0.818，均方根誤差RMS二0.201。其中，「155表示spS雜化N原子與F、Cl原子的疏水作用，F,26表示spS雜化C原子與sp雜化N原子的疏水作用，^表示H原子與spS雜化C原子的靜電作用，J^3表示H原子與spS雜化C原子的疏水作用。由各係數知，疏水作用是影響活性的關鍵作用，其次是靜電作用。而且它們都對p/Cs。起負貢獻。從以上分析知，降低化合物的疏水作用，特別是spS雜化N原子與spS雜化的卣素原子間的疏水作用，對提高神經氨酸酶抑制活性相當重要，這給該類藥物設計提供有用的啟示。圖1顯示模型的變量投影重要性(F7屍)指標，其中，W戶越大，變量越重要。當P7PO.50時，表明該變量不重要；KW^1.00時，該變量對解釋Y變量相當重要。圖1顯示，變量1即^55的F/戶為1.22,說明其貢獻最大，其他變量W屍均大於0.50,也顯示出其重要性，這與前面的"ri正一致。為了進一步檢驗模型預測能力，從上述總樣本中隨機選擇24個作為訓練集，其餘6個作為預測集進行外部驗證，預測結果如下(括號內為實驗值)6.05(5.93)，5.36(5.08)，6.07(5.98),5.96(5.95),6.17(6.29),6.02(5.99),表明模型具有較強預測能力。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。權利要求1.一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其特徵在於包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態分類，從分子立體結構的原子相對距離和原子自身性質出發，經計算藥物分子內部不同類型原子之間的靜電、立體和疏水性質得三維原子場全息作用矢量；b)應用三維全息原子場作用矢量對醯基硫脲類似物的結構進行表徵；c)用逐步回歸技術挑選與醯基硫脲類似物活性密切相關的結構特徵；d)用偏最小二乘法建立醯基硫脲類似物構效關係模型。2.根據權利要求1的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其特徵在於步驟a)具體包括如下步驟al)4要照原子所處周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA共5個主族將其劃分為5類；a2)將不同主族中的原子按其雜化狀態細分為10類；a3)得到一個分子內部不同類別原子之間的55種相互作用情況；a4)分別計算分子內原子之間的靜電、立體和疏水三種勢能，共得到55x3-165個原子作用項表徵分子結構信息，稱該作用項為三維全息原子場作用矢量。3.根據權利要求2的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其特徵在於步驟b)具體包括使用化學繪圖軟體Chemoffice10.0中的Chem3D模塊構建每個化合物的立體結構，用半經驗量化程序MOPAC方法在AMI水平上優化得到分子結構(截斷值0.001LT/wo/)，並採用馬利肯(Mulliken)法以單點形式計算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標和淨電荷數示之，用三維全息原子場作用矢量對分子結構進行表徵，並將表徵結果作為定量構效關係模型的自變量。4.根據權利要求3的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其特徵在於步驟c)具體包括如下步驟用逐步回歸技術進行變量篩選，按費歇爾顯著性檢驗依次引入變量，以偏F檢驗值對應的顯著水平值P為依據當候選變量中最大偏F檢驗值的P≤O.05,則引入相應變量，在已進入方程的變量中，若其最小偏F檢驗值的P^O.l時，則剔除相應變量，最終選出10個顯著性變量進入模型。5.根據權利要求1至4中任一項的一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，其特徵在於步驟d)具體包括如下步驟將醯基硫脲類似物的半抑制率IC5。值轉換為pIC5。，以pICs。值作為定量構效關係分析模型的因變量，用偏最小二乘建立醯基硫脲類似物定量構效關係模型。全文摘要本發明屬於藥物分子設計研究領域。本發明公開一種新穎流感病毒神經氨酸酶抑制劑三維定量構效關係研究方法，包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態分類，從分子立體結構的原子相對距離和原子自身性質出發，經計算藥物分子內部不同類型原子之間的靜電、立體和疏水性質得三維原子場全息作用矢量；b)應用三維全息原子場作用矢量對醯基硫脲類似物的結構進行表徵；c)用逐步回歸技術挑選與醯基硫脲類似物活性密切相關的結構特徵；d)用偏最小二乘法建立醯基硫脲類似物構效關係模型。該方法可以用於醯基硫脲類似物活性預測，分析其構效關係，設計針對流感病毒神經氨酸酶具有特定抑制活性的醯基硫脲類似物新品種提供依據。文檔編號C40B30/02GK101343779SQ20081007017公開日2009年1月14日申請日期2008年8月25日優先權日2008年8月25日發明者李志良,梁桂兆,虎梅申請人:重慶大學