全 文 ：基金项目:连云港市 2015年市级国家创新型城市建设项目(No．SH1514)
作者简介:李洪雷，男，研究方向:药物化学－天然产物修饰，E－mail:kdyh@ njmu．edu．cn
云南榧树中木脂内酯类化合物 Torreyunlignans与 PDE9A
同源蛋白 3JSW的分子对接研究
李洪雷，李飞飞，马少杰
(南京医科大学康达学院药学部，江苏 连云港 222000)
摘要:目的 利用分子对接软件，探讨木脂内酯类化合物 Torreyunlignans光学异构体(化合物 1a、1b)与磷酸二
酯酶－9A(PDE9A)之间的相互作用，分析其结构与活性之间的关系。方法 采用 SYBYL X1．3 分子对接软件，以
PDE9A同源蛋白 3JSW为受体模板，对从云南榧树中提取的木脂内酯类化合物 Torreyunlignans(1a、1b)进行分子对
接研究。结果 化合物 1a、1b 与 3JSW发生分子对接的 Total Score 分值分别为 9．45、10．24，H 键数目分别为 0、2。
结论 木脂内酯类化合物 Torreyunlignans(1a、1b)对接结果有助于该类化合物结构与抑制 PDE9A活性之间关系的
阐释。
关键词:榧树;磷酸二酯酶－9A;木脂内酯类化合物;分子对接
中图分类号:Ｒ285 文献标识码:A 文章编号:2095－5375(2016)09－0511－003
doi:10．13506 / j．cnki．jpr．2016．09．004
Study on the molecular docking of PDE9A homologous 3JSW and Torreyunlignans derivatives
LI Honglei，LI Feifei，MA Shaojie
(Pharmacy Department，Kangda College of Nanjing Medical University，Lianyungang 222000，China)
Abstract:Objective To study on the relationships about the Torreyunlignans from Torreya yunnanensis with PDE9A
by using the molecular docking technology．Methods SYBYL X1．3 program was used to study the mechanism of interaction
between 3JSW and two isomers Torreyunlignans from Torreya yunnanensis．Ｒesults The two isomers(compound 1a and 1b)
were docked to 3JSW by total scores with 9．45 and 10．24，and the numbers of hydrogen bonds were 0 and 2，respectively．
Conclusion The molecular docking results provided the mechanism of the reason why the two isomers with differ inhibit－
activities to the target protein PDE9A．
Key words:Torreya yunnanensis;PDE9A;Torreyunlignans;Molecular docking
细胞内第二信使 cAMP 与 cGMP 在许多生理过
程中起到调节作用，如血小板聚集、激素功能、细胞
凋亡、记忆、炎症反应、白细胞游走以及昼夜节律的
调节等［1］。磷酸二酯酶(phosphodiesterases，PDEs)
是一种蛋白酶，选择性催化细胞内 cAMP 与 cGMP
水解为无活性的 AMP 与 GMP，从而调控机体生理
病理过程。PDEs由 11 个同工酶家族组成，分别具
有不同的 cAMP /cGMP 特异性。其中 PDE9A 能特
异性地水解 cGMP，将其转变为无活性的 GMP，
PDE9A可以平衡人体内的 cGMP 水平，从而调节人
的记忆、学习和情绪行为等方面［2］。PDE9A蛋白由
593个氨基酸残基组成，在 C端存在 PDEs家族所共
有的一个高度保守的约 324 个氨基酸残基(242 ～
566)催化区域，该催化区域中的保守氨基酸残基
Gln－453，可通过其侧链与底物 /抑制剂形成氢键，
而另一个苯丙氨酸残基的苯环与底物 /抑制剂的环
状结构形成疏水堆积作用，这二个因素构成底物 /抑
制剂与 PDE结合的必备条件［3］。因此选择性抑制
PDE9A，可以作为开发治疗 1 型、2 型糖尿病以及阿
尔兹海默病的潜在治疗靶点。
从自然界中筛选新型 PDEs抑制剂［4－6］，是创新
药物主要途径之一。Cheng等［7］从云南榧树中提取
了 8个木脂内酯类化合物 Torreyunlignans，经体外活
性测试对 PDE9A 显示不同程度的抑制活性。我们
·115·药学研究·Journal of Pharmaceutical Ｒesearch 2016 Vol．35，No．9
发现其中化合物 1a 与 1b 为光学异构体(结构见图
1)，生物活性差异较大，该异构体化合物如何与
PDE9A发生相互作用并抑制其活性的作用机制尚
不清晰。
图 1 木脂内酯类化合物 Torreyunlignans(1a和 1b)
及参比分子 JAＲ的结构
本文采用分子对接技术，对木脂内酯类化合物
1a、1b与 PDE9A的同源蛋白 3JSW 进行对接，在进
行木脂内酯类化合物的对接的同时，将 PDE9A的同
源蛋白 3JSW 的原配体 JAＲ 分子作为参比分子
(JAＲ是 PDE9A 同源蛋白 3JSW 的原配体分子，是
经过 X－单晶衍射试验确证，本文选择 JAＲ 作为参
比分子，是为了验证该分子对接方法的可信度，而且
在 PDB 数据库中 JAＲ 与 Torreyunlignans 结构最为
接近，且结构中均包含杂环结构)［8］，采用相同的方
法和 PDE9A的活性部位进行对接。通过对比对接
结果和实际情况中 JAＲ 分子的作用方式来评价对
接方法的可靠性。本文希望为木脂内酯类化合物抑
制 PDE9A的作用机制提供初步的试验依据。
1 材料和方法
1．1 受体的准备 由 PDB 蛋白质数据库中下载所
需的蛋白质晶体结构 PDB(ID:3JSW)，利用 Sybyl
X1．3软件除去蛋白质中的水分子及配体结构并进行
加氢、加电荷等预处理用作下一步的对接研究。
1．2 配体的构建 采用 Sybyl X1．3软件中的 Sketch
Molecule 模块构建小分子并进行能量优化，在优化
过程中赋予分子 Tripos 立场以及 Gasteiger－Hückel
电荷。然后，采用 Powell 能量梯度法，收敛条件为
0．042 kJ·(mol·)－1，优化 1 000 步，得到分子的
最低能量构象作为对接的配体起始构象。
1．3 对接程序 使用 Sybyl程序中 Surflex－Dock 模
块进行分子对接计算，设置参数 Threshold 和 Bloat
分别为 0．5和 0，以生成一个包含整个活性疏水区域
的 Protomol口袋用作对接原型分子，然后基于 Sybyl
自带打分体系对 docking 能力进行打分，重复操作，
最后得到各化合物对接的最优结合模式和最低结合
能量值［9］。
2 结果
2．1 参比对照 JAＲ与 3JSW的分子对接 配体分子
JAＲ属于吡唑并嘧啶酮类，其化学结构上含有 1个苄
基，1个四氢吡咯环及 1个 1－异丙基取代的吡唑并嘧
啶酮环，可以选择性地作用于 PDE9A 蛋白。本文选
择 JAＲ作为木脂内酯类化合物 Torreyunlignans(1a和
1b)与 3JSW对接的参比分子。
JAＲ与蛋白 3JSW对接结果(见表 1)显示:吡唑
并嘧啶酮环与氨基酸残基 Gln－453形成 2个氢键，而
四氢吡咯环上的甲基处于有氨基酸残基 Val－417、
Leu－420、Phe－441、Trp－416 及 Ala－452 形成疏水性
口袋中，另外苄基则与 Phe－456、Ile－403 和 Gly－455
等残基有较弱的疏水性作用，这与 Verhoest等［8］报道
的 3JSW与 JAＲ相互作用的结合方式基本一致(见图
2)，表明采用的对接方法的可靠性。
表 1 JAＲ和木脂内酯类化合物 Torreyunlignans与 3JSW的对接结果
配体分子 IC50 Total Score D_Score PMF_Score G_Score ChemScore CS_Score H键数
1a 15．0 μmol·L－1 9．45 －178．169 －113．433 －221．579 －38～919 2 0
1b 8．8 μmol·L－1 10．24 －187．197 －102．621 －294．171 －39．242 4 2
JAＲ 66 nmol·L－1 9．12 －129．354 －34～996 －274～538 －33．580 2 2
JAＲ与 3JSW氨基酸残基相互作用关系图(棍状结构为化合物
JAＲ;虚线为氢键;线状结构为与 JAＲ相互作用的氨基酸残基)
图 2 JAＲ与 3JSW的分子对接结果
2．2 木脂内酯类化合物与 3JSW的分子对接 如图
3A所示，尽管相互作用的氨基酸残基有所变化，但
是木脂内酯类化合物 1a－3JSW的结合模式与 JAＲ－
3JSW基本一致，1a 的 A 环上的 2 个甲氧基与 Trp－
416、Phe－ 456、Ile － 403 及 Val － 460 组成非极性口
袋，C 环上的甲氧基伸入到由 Ala －452、Leu－420、
Val－417以及 Phe－441等氨基酸残基组成的疏水口
袋，而 B环则延伸到由 Ala－366、Arg－367、Met－365
和 Asp－364等残基组成的疏水区域发挥相互作用。
如图 3B 所示，1b 与 3JSW 的结合方式与 1a 有
所不同，1b的 A环上的甲氧基处在由 Trp－416、Phe
·215· 药学研究·Journal of Pharmaceutical Ｒesearch 2016 Vol．35，No．9
－456、Gln－453、Ile－403 及 Val－460 组成非极性口
袋等残基共同形成的疏水结合腔内，并且与 Gln－
453形成氢键作用;C 环上的甲氧基伸入到由 Ala－
452、Leu－420、Val－417以及 Phe－441等氨基酸残基
组成的疏水口袋;而 B 环的甲氧基则延伸由 Ala－
366、Arg－367、Met－365、His－252 和 Asp－364 等残
基组成的疏水区域发挥相互作用，并与氨基酸残基
His－252形成氢键作用。
分子对接的打分结果、氢键数目及与其相互作
用氨基酸残基如表 1 所示，木脂内酯类化合物 Tor-
reyunlignans(1a 与 1b)和 3JSW 的对接 Total Score
分值为 9．45、10．24，化合物 1a 与 1b 的对接分值基
本与其抑制 PDE9A 的生物活性(IC50分别为 15．0、
8. 8 μmol·L－1)保持一致。
A．化合物 1a与 3JSW氨基酸残基相互作用关系图(棍状结构为
化合物 1a;虚线为氢键;线状结构为与化合物 1a 相互作用的氨
基酸残基);B．化合物 1b 与 3JSW 氨基酸残基相互作用关系图
(棍状结构为化合物 1b;虚线为氢键;线状结构为与化合物 1b
相互作用的氨基酸残基)
图 3 木脂内酯类化合物 Torreyunlignans与 3JSW的分子对接结果
3 讨论
本文选择具有 PDE9A 抑制活性的 2 个木脂内
酯类化合物作为研究对象，开展与 PDE9A 同源蛋
白 3JSW的分子对接研究。分别将参比对照 JAＲ和
2个光学异构体的木脂内酯类化合物与 3JSW 进行
分子对接，结果显示 JAＲ 与 PTP1B 同源蛋白 3JSW
的最优构象以及结合模式与文献［8］所报道相一致，
证明本次分子对接的可信性。
另外，木脂内酯类化合物 1a、1b为光学异构体，
PDE9A抑制活性测试结果显示 1a 与 1b 的活性差
别很大，作为配体与 3JSW对接的结果显示，化合物
1b的生物活性之所以化合物 1a 高，是因为化合物
1b与 3JSW形成的氢键数目(2 个)多于化合物 1a
(0个)。提示化合物 1b的 A环、B环上甲氧基在抑
制 PDE9A的过程中发挥主要作用，C环可以作为修
饰位点进行衍生化，该部位经修饰后，可能有利于抑
制剂与靶点蛋白的结合 PDE9A。
4 结论
本研究显示，云南榧树 95%乙醇提取物中的 2
个木脂内酯类化合物均能够和 PDE9A 同源蛋白
3JSW对接成功，对接位点的信息为分析该类化合物
抑制 PDE9A 活性的作用机制提供了一定的理论
依据。
本文从分子模拟对接角度出发，对化合物 1a、
1b 为光学异构体且活性差别较大的原因进行计算
机模拟对接，并加以解释说明，为以化合物 1b 为先
导化合物，进行开发新型的 PDE9A抑制剂提供了设
计思路。
参考文献:
［1］ SINGH N，PATＲA S． Phosphodiesterase 9:Insights from
protein structure and role in therapeutics［J］． Life Sci，
2014，106(1－2):1－11．
［2］ HUAI Q，WANG H C，ZHANG W，et al．Crystal structure
of phosphodiesterase 9 shows orientation variation of in-
hibitor 3－isobutyl－1－methylxanthine binding［J］．P Natl
Acad Sci USA，2004，101(26):9624－9629．
［3］ LIU S P，MANSOUＲ M N，DILLMAN K S，et al．Structural
basis for the catalytic mechanism of human phosphodies-
terase 9［J］．P Natl Acad Sci USA，2008，105(36):13309
－13314．
［4］ LIN T T，HUANG Y Y，TANG G H，et al．Prenylated Cou-
marins:Natural Phosphodiesterase－4 Inhibitors from Tod-
dalia asiatica［J］．J Nat Prod，2014，77(4):955－962．
［5］ LIU Y N，HUANG Y Y，BAO J M，et al． Natural phos-
phodiesterase－4(PDE4)inhibitors from Crotalaria ferrug-
inea［J］．Fitoterapia，2014(94):177－182．
［6］ LIU X，LUO H B，HUANG Y Y，et al．Selaginpulvilins A－
D，New Phosphodiesterase－4 Inhibitors with an Unprece-
dented Skeleton from Selaginella pulvinata［J］．Org Lett，
2014，16(1):282－285．
［7］ CHENG Z B，LU X，BAO J M，et al．(+/－)－Torreyunlignans
A－D，Ｒare 8－9 Linked Neolignan Enantiomers as Phos-
phodiesterase－9A Inhibitors from Torreya yunnanensis［J］．J
Nat Prod，2014，77(12):2651－2657．
［8］ VETHOEST P Ｒ，PＲOULX － LAFＲANCE C，COＲMAN
M，et al． Identification of a Brain Penetrant PDE9A
Inhibitor Utilizing Prospective Design and Chemical En-
ablement as a Ｒapid Lead Optimization Strategy ［J］． J
Med Chem，2009，52(24):7946－7949．
［9］ MA S J，ZENG G H，FANG D Q，et al．Studies of N－9－aren-
thenyl purines as novel DFG－in and DFG－out dual Src /Abl
inhibitors using 3D－QSAＲ，docking and molecular dynamics
simulations［J］．Mol Biosyst，2015，11(2):394－406．
·315·药学研究·Journal of Pharmaceutical Ｒesearch 2016 Vol．35，No．9