一种基于药效团模型和分子对接筛选sEH抑制剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于药效团模型和分子对接筛选sEH抑制剂的方法，属于食品科学技术领域。所述方法的步骤主要包括：训练集与测试集准备、药效团模型构建、待筛选集构建、利用最适药效团模型和分子对接筛选待筛选集、结合能量筛选。本发明专利技术通过共同使用药效团模型与柔性对接，解决了目前针对多肽筛选过程中，快速与准确性无法兼顾的问题。准确性无法兼顾的问题。准确性无法兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于药效团模型和分子对接筛选sEH抑制剂的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于药效团模型和分子对接筛选sEH抑制剂的方法，尤其是一种具有抑制可溶性环氧化物水解酶活性的鳕鱼源多肽的筛选方法，属于食品科学


技术介绍

[0002]可溶性环氧化物水解酶(soluble epoxide hydrolase，sEH；EC 3.3.2.10)，属于多种环氧化物水解酶(epoxide hydrolases，EHs；EC 3.3.2.3)中的一类，是一种在人体内以环氧脂肪酸为底物的水解酶。人类sEH由位于人类8号染色体上的EPHX2基因编码，总共由555个氨基酸残基组成，分子量约为60kDa。sEH的水解催化位点中心由Asp333
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His523
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Asp495三个氨基酸残基构成，并将环氧脂肪酸中的环氧环基团打开水解生成相应的邻二醇DHETs。它广泛存在于哺乳动物系统的各个器官中，以快速水解花生四烯酸的代谢产物EETs。近年来的研究也证实，sEH主要分布于人类肾脏、肾上腺、肝、胰岛和血管内皮细胞等组织结构当中，另外，在人类大脑中也能够检测到sEH的存在。sEH在人体内通常以二聚体形式存在，它具有不同结构的两端，一端为C
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末端结构，另一端为N
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末端结构。C末端区具有环氧化物水解活性，而N末端区具有脂质磷酸酶活性，可能具有刺激细胞增殖的作用，但具体功能和作用机制尚不清楚。sEH在人体内水解的主要底物是不饱和环氧脂肪酸，不饱和环氧脂肪酸是多不饱和脂肪酸(PUFA)通过细胞色素P450(CYP450)途径代谢得到的产物，最常研究的环氧化物类型是环氧二十碳三烯酸(EETs)，根据环氧环基团位置的不同，共有4个同分异构体，它对许多慢性疾病具有预防作用，如心脑血管疾病，代谢性疾病和肌肉疼痛，但其会被sEH水解为相对无活力的邻二醇脂肪酸DHETs。所以，抑制sEH的酶活力也可以通过增加人体EETs的水平起到防治效果。
[0003]sEH的底物EETs在人体中是一种具有许多生物作用，如血管舒张，降血压，治疗炎症等，而水解后生成的DHETs则丧失了相应活性。所以目前使用的sEH抑制剂在防治高血压、炎症性病变、心血管疾病和糖尿病等领域已经展现出了非常巨大的前途。目前的研究表明，在多种动物疾病模型中通过使用sEH抑制剂或sEH基因敲除的方式，都已经证明了sEH在心肌肥厚、糖尿病、炎症、高血压和肾病等疾病中发挥重要的生理活性。因此，通过使用sEH抑制剂以提高人体内EETs的水平，已被视为多种疾病预防治疗的新靶点来加以研究。
[0004]最近的科学研究也证实，sEH在调节血压和治疗炎症方面起着重要作用，抑制sEH可以成为预防和治疗高血压、动脉粥样硬化、中风和慢性肾功能衰竭等疾病的有效措施。Chiamvimonvat等人的研究表明，由于sEH的遗传缺失和药理调控可以提高血浆EETs的水平，提高EETs的疗效，因此抑制sEH可能具有抗高血压和抗炎作用。另一项研究证实，具有自发性高血压特征的大鼠在从无高血压到患有高血压生长过程中，在同一时期体内的sEH表达水平高于普通大鼠。而在有关IBD病症的相关研究方面，ZHANG等人曾对sEH表达基因缺陷型的小鼠开展了对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎癌变影响的研究，结果表明基因缺陷型小鼠在溃疡性结肠炎(UC)相关的各个炎症指标中，如IL
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6，TNF
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α等，以及肿瘤发生率与正常表达sEH的小鼠相比均显著降低。基于哺乳动物中的sEH在内源性底物代谢过程中的功
能以及EETs在临床中的作用，抑制sEH也为各类疾病的治疗提供了一个新的方向，开辟了新前景，sEH抑制剂在临床研究药物领域中具有潜在的重要意义。
[0005]科学家们对sEH抑制剂的探究由来已久。从早期的环氧类sEHI的发现，到如今第三代脲类sEHI的设计与合成，sEHI经历了30多年的开发历程，从原来的仅具有体外μM级抑制活性而在体内极差甚至无活性的人源sEH抑制剂，进展到现如今的体外nM级活性、在体内兼具优异的药物动力学性质的人源sEH抑制剂。目前开发的sEH抑制剂主要是针对其催化位点对sEH进行抑制，其大多为人工合成类抑制剂，但其工艺复杂，价格昂贵，如t
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AUCB、AUDA、TPPU等。此外也有从天然产物中分离得到的抑制剂，但多数效果不如人工合成类，如从辣椒中分离出的辣椒素等。目前研究发现的sEH的抑制剂大多具有酰胺键结构，且分子量大多分布在300
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500Da范围内。此外，Dan等人的研究表明，从草石蚕这种植物中分离得到的色氨酸对sEH也具有一定的抑制活性，因此多肽具备成为sEH抑制剂的潜力。
[0006]计算机模拟在现在的研究中被运用的越来越广泛，尤其在医药领域，计算机模拟与筛选成为了药物快速开发的必备手段。然而众多研究往往把虚拟筛选局限于小分子上面，然而对于大分子或柔性较强的多肽，一直没有提出比较理想的方法。虽然也有研究人员尝试运用柔性对接方法去筛选具有抑制活性的多肽，但这仅适用于数量较少的多肽。对于分子量较大，或样本量较多的多肽，往往需要数天甚至数十天才能完成。因此如何快速筛选获得具有潜在抑制活性的多肽，成了当前需要解决的问题。

技术实现思路

[0007][技术问题][0008]本专利技术要解决的技术问题是现有虚拟筛选方法在对多肽进行筛选时存在的问题：(1)现有针对多肽的虚拟筛选方法基本为分子对接，其中更以柔性对接算法为主，然而该方法以牺牲时间为代价来提高准确性，尤其在筛选大量多肽(一百或一千条以上)时，往往会耗费大量时间；(2)现有筛选的方法往往对于小分子与柔性较差的分子有较好的准确性，无法应用于大分子与具有较强柔性分子的虚拟筛选；(3)常规快速筛选往往无法考虑多肽的柔性与空间结构，因此其用于针对肽类物质的筛选是往往准确性较低，有时不具备参考价值。
[0009][技术方案][0010]本专利技术提供一种基于药效团模型和分子对接筛选sEH抑制肽的方法，包括下步骤：
[0011](1)训练集与测试集准备
[0012]在RCSB Protein Data Bank(PDB)和文献资料中收集29种具有sEH抑制活性且化学结构明晰的化合物，29种化合物的抑制活性值IC
50
值范围跨越5个数量级(0.0018
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2200μM)确保了模型的准确性；在29中化合物中随机选择18个分子作为训练集，用以构建药效团模型，剩余的11个化合物作为测试集，用以验证基于训练集构建的药效团模型的匹配性；
[0013](2)药效团模型特征元素提取
[0014]将步骤(1)得到的训练集，采用Discovery Studio 2017R2软件(DS 2017R2,Biovia,San Diego,CA,USA)中的Edit and Cluster Pharmacophore Features模块、Feature Mapping程序，提取得到生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于药效团模型和分子对接筛选靶蛋白抑制剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)训练集与测试集准备其中，训练集用于构建药效团模型，由具有靶蛋白抑制活性的分子组成；测试集用于验证基于训练集构建的药效团模型的匹配性，由不在训练集中且具有靶蛋白抑制活性的分子组成；(2)药效团模型特征元素提取采用Discovery Studio 2017R2软件，从步骤(1)构建的训练集分子中提取药效团特征元素；(3)药效团模型构建将步骤(2)得到药效团特征元素，采用DS软件Pharmacophore模块中的3D QSAR Pharmacophore Generation程序，选择氢键受体、氢键供体、疏水中心、正电离子中心和芳香环中心作为特征元素并利用Conformation Generation模块中的Fast算法生成Hypogen药效团模型；(4)最佳药效团模型筛选及验证从步骤(3)得到的十个药效团模型中根据统计指标筛选出最佳药效团模型，同时，利用步骤(1)中的测试集分子，采用Fisher随机检验对最佳药效团模型进行验证；(5)分子对接模型筛选从RCSB Protein Data Bank数据库下载sEH的晶体复合物结构，使用DS软件中的Prepare Protein模块删除在对接过程中不需要的水分子以及杂原子，移除自带配体并补全氢原子，将sEH复合物上的抑制剂分子t
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AUCB移除，再分别选择CDOCKER模型和LibDock模型将t
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AUCB与sEH进行对接，从中选择最接近原始状态的一种模型作为最优分子对接模型；(6)待筛选靶蛋白抑制剂分子集构建将待筛选的靶蛋白抑制剂分子进行能量最小化处理，得到待筛选集；(7)最佳靶蛋白抑制剂筛选利用步骤(4)得到的最佳药效团模型和步骤(5)得到的最优分子对接模型对步骤(6)得到的待筛选集进行筛选，根据最佳药效团模型结果和分子对接模型结果确定最佳的靶蛋白抑制剂分子。2.根据权利要求1所述的一种基于药效团模型和分子对接筛选靶蛋白抑制剂的方法，其特征在于，所述抑制剂是多肽。3.根据权利要求1或2所述的一种基于药效团模型和分子对接筛选靶蛋白抑制剂的方法，其特征在于，所述靶蛋白是可溶性环氧化物水解酶。4.根据权利要求1或2所述的一种基于药效团模型和分子对接筛选靶蛋白抑制剂的方法，其特征在于，所述靶蛋白是可溶性环氧化物水解酶，包括下步骤：(1)训练集与测试集准备收集29种具有sEH抑制活性且化学结构明晰的化合物，18个分子作为训练集，用以构建药效团模型，剩余的11个化合物作为测试集，用以验证基于训练集构建的药效团模型的匹配性；(2)药效团模型特征元素提取
将步骤(1)得到的训练集，采用Discovery Studio 2017R2软件中的Edit and Cluster ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜明，刘攀，程述震，涂茂林，刘汉雄，徐献兵，王震宇，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：