基于QSAR研究噻嗪類利尿劑的相對活性

朱利蘭

(廣東輕工職業技術學院 體育部，廣東 廣州 510300)

興奮劑是國際體育中所有運動禁用物質的總稱，根據國際奧委會禁止的物質種類而分為五類：麻醉劑、刺激性物質、利尿劑、合成物劑、肽和糖蛋白激素。其中利尿劑被禁用時間較晚，它能在短時間內增加尿液排泄量，促進皮下和腹腔積水的積累。因此，導致體育競賽不公平、不公正，而被禁止。目前，國際奧委會禁用物質清單中的利尿劑分為四小類：環利尿劑、噻嗪類利尿劑、鉀利尿劑、碳酸甘油酶抑制劑[1]。從2008～2012年的利尿劑陽性發生例數中，噻嗪類利尿劑居于首位，高達695例[2]。因此，本文基于拓撲方法[3-5]研究噻嗪類利尿劑相對活性(Ra)[3-4]，對興奮劑的檢測具有一定的現實意義。此也符合國際反興奮劑的發展趨勢，即除強化立法加大懲處外，還特別重視自然科學方面研究。

基于劉樹深等[9-11]提出的電性距離矢量(MD)[3-5]，采用最佳子集變量回歸方法建立10種噻嗪類利尿劑相對活性(Ra)[4-5]的穩健QSAR模型，在分子水平上估算和預測噻嗪類利尿劑的相對活性，揭示影響其相對活性的微觀結構。為噻嗪類利尿劑的有效檢測提供了理論參考，對反興奮劑斗爭也具有一定作用。

1 材料與方法

1.1 研究的化合物及其生物活性數據

本文研究的化合物是10種噻嗪類利尿劑[6-7]。其母體結構如圖1所示，其中R1，R2，R3，X，Y是取代基。

圖1 噻嗪類利尿劑的基本結構

它們的取代基及其相對活性數據(Ra)[6-7]如表1所示。

表1 噻嗪類利尿劑的分子結構和相對活性(Ra)

表1(續)

1.2 分子描述符

劉樹深等依據幾種著名拓撲的局限，提出了能全面顯示拓撲、幾何和電學特性的電性距離矢量(MD)[3-5]。其計算過程詳見文獻[3-5]。

1.3 統計回歸分析方法

以Ra數據[6-7]作為因變量，電性距離矢量(MD)描述符作為自變量建立QSAR模型。采用最佳子集變量回歸(LBR)程序進行回歸分析。用方差變異因子(VIF)[8]估計模型中變量間的相關性，定義為：

VIF=1/(1-β2)

(1)

2 結果與討論

2.1 Ra的QSAR模型

將噻嗪類利尿劑的電拓撲狀態指數和相對活性(Ra)[6-7]建立數據集，采用LBR方法建立最佳QSAR模型：

Ra=-0.313 + 0.128M2+1.493M17- 0.190M29

(2)

QSAR方程(2)可用于預測Ra，其預測值(Ra.cal)與表2中的實驗數據基本吻合。

表2 噻嗪類利尿劑相對活性Ra與電性距離矢量

2.2 QSAR方程質量驗證

模型(2)中變量M2、M17、M29的VIF值分別為1.619、1.577、1.484，均小于5.0且接近于1。表明該模型中的自變量之間幾乎不存在自相關，其共線性很低，具有良好的穩定性。

樣本相對活度(Ra)的最大值和最小值之間范圍為1.20(2.00-0.80=1.20)。標準差(SD=0.113)與1.20的比值為9.4%。這低于10%，表明該模型具有可接受的預測精度。

2.3 QSAR方程(2)分析

判定系數R2也稱為削減誤差比率。在模型(2)中，R2=0.990，表明M2、M17、M29和常數項共同揭示了影響利尿劑相對活動(Ra)的99.0%個因素，只有1.0%是隨機因素。根據電性距離矢量理論可知：M2對應-CH3與-CH2-的相互作用，M17對應-CH2-與-NH2的相互作用，M29對應-CH<與-NH-的相互作用。可見，影響噻嗪類利尿劑Ra的主要結構因素是-CH3、-CH2-、-CH<、-NH2、-NH-。前三種是非極性基團，后二種是高電負性極性基團。前者可與生物體內靶標蛋白發生疏水作用，后者可與靶標蛋白形成氫鍵。

3 結論

(1) 采用最佳子集變量回歸方法，建立了噻嗪類利尿劑相對活性的最優四變量QSAR模型。通過統計指標R2、Rcv2、VIF、FIT和F檢驗，表明QSAR模型具有良好的相關性，以及較強的魯棒性和預測能力。(2) 根據進入模型(2)的電性距離矢量，影響其相對活性的主要分子結構單元為：-CH3、-CH2-、-CH<、-NH2、-NH-。根據這些影響基團，能夠較為準確預示噻嗪類利尿劑的相對活性。(3) 根據影響相對活性的主要分子結構單元可知，噻嗪類利尿劑分子與人體酶的相互作用機理主要是疏水作用、氫鍵作用。

綜上所述，本研究為興奮劑中噻嗪類利尿劑的檢測提供了理論指導，符合國際反興奮劑斗爭的發展趨勢，成為反興奮劑科學研究的一種新的嘗試。