苯磺酰胺類抑制劑與CAIX的結合機制

朱文友，張東華，李丹丹，莊文昌，高美華

（徐州工程學院 材料與化學工程學院，江蘇徐州 221111）

人類器官由各種細胞組成，細胞的生長和分裂對人類的健康至關重要。細胞有序增殖和分裂是人類保持健康的前提，當細胞不受控制地分裂，細胞就有可能會不斷變異形成癌細胞。癌細胞周圍的組織蔓延到其他部分，形成腫瘤。癌癥目前已成為一種常見的涉及多種器官的惡性疾病[1]。

碳酸酐酶IX（CAIX）是碳酸酐酶（CA）的一種異構酶，它是一種與腫瘤相關的抗原，在細胞的增殖以及腫瘤的形成過程中起到一定的作用，并且和腫瘤的乏氧代謝密切相關。因此，CAIX已成為研究癌癥治療方法的一種靶點。

本文以CAIX為受體蛋白質，以苯磺酰胺作為抑制劑母體結構，構建了30種不同的CAIX抑制劑化合物，采用AutoDock4.2[2]分子對接軟件將30種抑制劑小分子配體分別對接到CAIX的活性中心，獲得了CAIX與抑制劑結合的最佳構象。得到的抑制劑和CAIX活性中心的作用機制對設計新型選擇性CAIX抑制劑具有一定的指導作用。

1 計算方法

1.1 分子對接

CAIX在蛋白質數據庫中的代碼為6T5P，首先從蛋白質數據庫中下載CAIX的晶體結構。使用Chimera[3]軟件對CAIX進行結構處理，刪除雜原子和水分子，隨后用AutoDock4.2對預處理后的CAIX結構添加氫原子，作為分子對接的受體。對接過程中，Grid參數設置為x=60?、y=60?、z=60?，以0.375?作為格點間隔，對接采用拉馬克遺傳算法[2，4]

1.2 苯磺酰胺類抑制劑分子的構建

基于3,5-二叔丁基苯磺酰胺，構建了30種苯磺酰胺類抑制劑分子。使用AutoDock4.2對30種苯磺酰胺類抑制劑進行加氫處理作為配體小分子，對接過程中，所有可扭轉共價鍵設置為扭轉。

2 結果與討論

2.1 抑制劑分子與CAIX最佳復合體

運用AutoDock4.2將30種不同的苯磺酰胺類分子分別對接到CAIX的活性中心，將得到的對接構型在CAIX的活性中心進行了重疊，得到了30種抑制劑分子與CAIX結合的最佳復合體，如圖1所示。由圖1可知，抑制劑分子中的疏水性基團與活性中心中 的 TRP4、TYR6、GLN89、THR196、THR199、TRP208等疏水性殘基形成了疏水作用區域，使得抑制劑分子的疏水性基團被包裹在疏水口袋中，有利于構象的穩定。

圖1 1～30號抑制劑分子與CAIX最佳復合體

30種抑制劑分子和CAIX的結合能、靜電能、扭轉鍵能及抑制常數等如表1所示，抑制劑與酶的結合能的越大，對接結果越好[5]。5、6、7、30號分子與CAIX的結合最穩定，結合能分別是-30.300、-38.469、-41.274、-30.516kJ/mol。1、20、21、22 號分子與CAIX的結合能較小，結合能分別是-22.856、-23.358、-21.725、-21.642kJ/mol。

表1 抑制劑分子與CAIX結合能

續表

2.2 抑制劑分子與CAIX結合典型結構分析

選取每個對接結果中的一個典型構象，對30種抑制劑分子與CAIX相互作用的機制進行分析，如圖2所示。抑制劑分子與CAIX活性中心殘基和金屬離子形成的氫鍵和配位鍵有利于底物的穩定性，從而提高抑制劑的活性[6-7]。從圖2看出，抑制劑氨基上的H與THR198上的O形成氫鍵，活動中心的Zn2+與抑制劑分子形成了配位鍵，使抑制劑分子能夠穩定的結合在CAIX的活動中心。

圖2 1～30號抑制劑分子與CAIX結合典型結構

3 結束語

CAIX是一種與腫瘤相關的抗原，對細胞的增殖以及腫瘤的形成具有一定的作用，并且和腫瘤的乏氧代謝密切相關。使用AutoDock4.2分子對接軟件將30種抑制劑分別對接到了CAIX的活性中心。對接結果表明，CAIX通過活性中心殘基與抑制劑形成的氫鍵和Zn2+與抑制劑形成的配位鍵，將抑制劑分子結合在CAIX的活動中心。5、6、7、30號分子與CAIX的結合最穩定，結合能的絕對值分別是-30.300、-38.469、-41.274、-30.516kJ/mol。