香豆素衍生物與人血清白蛋白的相互作用

李 凌 朱晉嫻

(徐州醫學院 麻醉學院，江蘇 徐州 221004)

通過實驗表征，研究藥物的作用機理，實際上就是研究藥物與靶點的相互作用，結合計算化學，分別成為藥物分子設計的實驗和理論基礎。人血清白蛋白HSA是血漿中含量最高的蛋白質，是不同組織氨基酸的主要來源，又是大量內源性物質如長鏈脂肪酸﹑膽紅素及外源性物質如藥物在體內的轉運蛋白，它可以攜帶藥物至作用靶點，進而發揮藥物的活性。藥物與白蛋白的不同鍵合會影響到藥物的治療作用﹑藥代動力學及其毒性，同時也對藥物在體內的分布起著重要的作用。

以香豆素環為母核，通過引入磺酰脲結構，根據孿藥的原理合成了一系列降血糖的香豆素衍生物[1]，其中代號為SU-118的新化合物（見結構圖）經藥理實驗顯示具有良好的降血糖作用。由于SU-118是由兩個有效基團拼合而成，而這兩個有效基團的降糖機制并不相同，所以這個新化合物完全有可能同時兼備兩種機制或者在體內有新的作用機制從而使其降糖作用明顯。因此，該化合物有望成為一種不同于磺酰脲類藥物的新型降血糖藥物。研究SU-118與血清白蛋白的相互作用對理解此類藥物的作用機理以及進行藥物篩選具有重要意義。

1 實驗部分

本文采用分子對接方法進行模擬實驗，該方法是指在分子模擬環境中，兩個或兩個以上的分子模型通過幾何形狀，化學環境以及能量的匹配形成最佳結合的技術。準確地分子對接是研究分子作用機理和設計分子的基礎。為了盡可能保證其可靠性，共采用了兩種模擬軟件，分別是ICM和CAChe軟件。

ICM軟件的主要功能是將柔性的配體分子對接在能量最佳的位置上。這個能量包含著基于ECEPP/3力場下的配體的內部能量，同時還有范得華力，氫鍵，靜電和疏水的配體或受體的相互作用。ICM程序在內在的調整時間內是用來發現能量最小的位置。每一個運算規則的步驟都是由遵循局部能量最小化原則的兩種類型（扭轉和位置）的任意構像改變組成的。扭轉移動包括完全隨機的轉變一個任意的扭轉角。位置移動包括整個配體作為整體進行類似于布朗運動的平移和旋轉。ICM運用梯度最小化分析，發現能量的局部最小化比單一最小化和隨機的獨自搜索進行的更快。為了改進集中，可以多次從不同位置開始運行。ICM的VLS得分功能是由配體內部的力場能量和配體與受體相互作用的能量組成的。而后者包括范德華力，基于已接近溶劑的表面的疏水作用，靜電溶劑化作用和氫鍵作用。

CAChe軟件的主要功能是運用遺傳算法（GA）來使小分子對接入蛋白質分子。這種遺傳算法是基于已知蛋白質庫里的蛋白質與配體的結構信息來推測兩個分子的可能嵌入方式。

2 結果與討論

已有的光譜分析實驗結果表明SU-118應鍵合在HSA的ⅡA和ⅢA位置，通過Cache軟件觀察ⅡA和ⅢA位置的蛋白質表面確有可供藥物分子進入的縫隙，在人血清白蛋白上僅有幾個專一的藥物鍵合點，最主要的是位點Ⅰ和位點Ⅱ[2]。位點Ⅰ是華法令和保泰松等類似物的鍵合位點，也叫華法令鍵合位點，它定位于HSA上靠近色氨酸214的亞結構域ⅡA區的疏水內腔中，而安定和arylpropionic acid等主要鍵合于位點Ⅱ，位于HSA上的亞結構域ⅢA區的疏水內腔中，位點Ⅱ也叫苯并二氮/吲哚鍵合位點。

若是在ⅡA位置上進行分子對接，定義的活性位置如下圖所示：

其中含有21個殘基K195,K199,F211,W214,A215,V216,R218,L219,R222,F223,V235,L238,V241,H242,R257,L260,A261,I264,S287,I290,A291。這些殘基中有四個基團（R218,R222,H242,R257）是親水基團，底部屬于ⅡA位置上的疏水腔。其入口處有殘基K195,K199,R257,A291。

用藥物分子SU-118進行分子對接實驗，結果如圖：

Docking Score為-106.998kcal/mole。小分子對接后，其苯環位置先進入腔內，位于疏水的口袋底部，香豆素環部分則位于口袋口附近。SU-118與1N5U上的殘基W214的最近距離為3.504A。

HSA分子上有三個內在芳環熒光團：色氨酸﹑酪氨酸和苯丙氨酸，其中色氨酸的熒光變化常用來探測HSA構象變化的信息[3]。色氨酸熒光的猝滅，表明在SU-118-HSA體系中，SU-118在色氨酸附近鍵合，色氨酸被引入更親水的環境。在HSA分子上只有一個定位于亞結構域ⅡA疏水口袋中的214位色氨酸，其熒光的猝滅可能是由于SU-118鍵合于亞結構域ⅡA的疏水口袋附近而引起的。而模擬實驗結果得到SU-118與W214的距離為3.504A,而探針與W214的距離為4.970A，可以看出SU-118比探針更加接近W214。由得分看出，丹酰胺分子對接后得分僅有-69.863kcal/mole,而SU-118的得分為-106.998kcal/mole,docking的效果比丹酰胺好很多，由此可以推斷出SU-118應該比較容易取代探針鍵合在ⅡA位置，嵌入ⅡA位置的疏水腔中。

如果在ⅢA位置進行分子對接實驗，定義的活性位置如下：

一共有25個殘基S342,V344,L345,R348,P384,L387,I388,N391,C392,F403,L407,R410,Y411,L430,G431,V433,G434,C438,M446,A449,E450,L453,R485,P486,S489。其中有 R348,N391,R410,E450,R485五個殘基是親水基團。入口處周圍有四個殘基R410,Y411,L387，S489。用SU-118進行分子對接實驗得分為-78.096kcal/mole。

在ⅢA位置進行docking與在ⅡA位置類似，SU-118與丹酰肌氨酸也為競爭性鍵合，SU-118的得分為-78.096kcal/mole,而丹酰肌氨酸的只有-47.328kcal/mole,由此可見SU-118可以取代丹酰肌氨酸的位點，即HSA上的位點Ⅱ。同樣是小分子嵌入疏水腔中，由得分可知，小分子結合在ⅡA位置得分為-106.998kcal/mole,而結合在ⅢA位置得分為-78.096kcal/mole,所以在ⅡA位置小分子結合得比在ⅢA位置更好，由此可知SU-118對位點Ⅰ的親和力更強。

3 結論

通過模擬實驗可以知道，藥物分子SU-118在ⅡA位置與HSA鍵合可以取代探針丹酰胺，在ⅢA位置鍵合可以取代丹酰肌氨酸，并且SU-118對ⅡA位置的親和力比對ⅢA位置更強。

［1］Han,Y.,Tu,S.Z.,Zhou,W.et al.J.Chin.Pharm.Univ[J].2002,33,93.

［2］Sudlow,G.,Birkett,D.J.,Wade,D.N.Mol.Pharmacol[J].1975,11,824.

［3］Trynda-Lemiesz,L.,Keppler,B.K.,Koztowski,H.et al.J.Inorg.Biochem[J].1999,73,123.