全 文 ：中草菊 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5月·659·
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基于HIV蛋白酶结构的蘑菇氨酸结构的理论改造
高维娜1，刘冰妮2，任晓文2，徐为人2，魏冬青¨
(1．天津师范大学，天津300074；2．天津药物研究院，天津300193)
摘要：目的利用药物设计方法，从蘑菇氨酸的衍生物中寻找HIV蛋白酶结合能力更强的抑制剂。方法通过
分子对接方法筛选了HIV一1蛋白酶晶体结构作用受体，并对蘑菇氨酸进行了理论改造。结果X1和X3位的改造
是有利的，特别是以取代基11、12、13、14和18进行取代加C部分改造成苯环后作用比较明显。结论药物分子改
造发现了一些规律，有利于更好地寻找HIV一1蛋白酶抑制剂。
关键词：HIV蛋白酶；蘑菇氨酸；分子对接；分子改造
中图分类号：R284．1 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2007)05—0659一05
Theoreticalmodificationsofagaritinebas donHIVproteasestructures
GAOWei—na，LIUBing—ni，RENXiao—wen，XUWei—ren，WEIDong—qing
(1．TianjinNormalUniversity，Tianjin300074，China；2．TianjinInstitute
ofPharmaceuticalResearch，Tianjin300193，China)
Keywords：HIVprotease；agaritine；docking；molecularmod fication
艾滋病(获得性免疫缺陷综合征，AIDS)是20
世纪危害人类健康和生命最严重的疾病之一[1]，其
病原体为人免疫缺陷病毒(humanimmunodefi—
ciencyvirus，HIV)。HIV蛋白酶归属于天冬氨酰基
蛋白酶，由两条含99个氨基酸的多肽链形成的C：
对称的均二聚体，每一亚基上天冬氨酰残基形成了
酶的活性中心。HIV蛋白酶(HIVPR)对该病毒复
制周期正常运转和病毒成熟至关重要，是病毒复制
必需的酶，是抗HIV的药物重要靶点[2]。
蘑菇氨酸(agaritine)[3“1化学名称为beta—N一
(alpha—L—glutamyl)一4-hydroxymethyl—phenylhy—
drazine，是谷氨酸的衍生物，具有抗病毒、抗癌的作
用，但未见有抗HIV文献记载。在理论研究中发现
蘑菇氨酸与HIV蛋白酶具有良好的结合匹配，为了
给抗HIV药物提供设计思路，笔者从理论上系统研
究了HIV蛋白酶与蘑菇氨酸的结合情况，参考蘑菇
氨酸与酶的结合方式，分段考察不同取代的作用。
1方法
1．1 对接受体的选择：PDB晶体结构库报道了87
个HIV蛋白酶，通过比较其结构发现这些酶的活性
区域存在一定的差异，为了选择活性区域结构比较
合理的酶，采用常用的阳性对照和阴性对照的方法
来判断，以已知选择性的HIV一1蛋白酶抑制剂Indi—
navir、Nelfinavir、Lopinavir、Ritonavir、Saqui一
收稿日期：2006—09—20
基金项目：天津市科委重点应用基础项目(033801911)；天津市科委重点攻关项目(043185111—7)
作者简介：高维娜，女，天津师范大学化学与生命科学学院。
*通讯作者魏冬青Tel：(022)23540187Fax：(022)23540187E—mail：dongqing@cermm．concordia．ca
万方数据
·660· 中草菊 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5月
navir[”8|、Amprenavir为阳性对照药，以其他已知
非作用于HIV一1蛋白酶的药物为阴性对照药，如
Abacavir、Didanosine、Dideoxyadenosine、Lamivu—
dine，Stavudine，Zidovudine，Emtricitabine，Zal—
citabine，Capravirine，Efavirenz，Nevirapine，Aci—
clovir、Acyclovir、Valacyclovir、Adefovir、Amanta～
dine，Amidinomycin、Stallimycin，Atevirdine、
Delav／rdine，Cidofovir，Sorivudine，Cytarabine，De～
sciclovirlEdoxudine、Famciclovir，Floxuridine，Gan～
ciclovir、ValganciclovirlIdoxuridine、Imiquimod，
Kethoxal，Methisazone，MADU，Moroxydine，Os～
ehamivir、Penciclovir、Pleconaril、Podophyllotoxin、
Ribavirin、Rimantadine、Taidingan?Tenofovirl
Tilorone，Trifluridine，TromantadinelValaciclovir，
Vidarabine、Zanamivir等。将上述阳性和阴性对照药
与所有的酶进行对接计算，以结合评分为指标，选择
所有阳性对照药的评分负值排在最前面的酶为受体。
得到5个PDB代号为1D4H、1FQX、1HSG、1KZK、
4PHV的结构。将这5个HIV蛋白酶受体的结构进
行叠合，发现1D4H、1FQX、1HSG完全相同，最终选
择1FQX、1KZK、4PHV为候选蛋白酶受体。
1．2蘑菇氨酸系列衍生物的设计：利用选出的3个
候选蛋白酶受体，采用分子对接的方法对植物成分结
构数据库进行了预筛，发现蘑菇氨酸与受体具有良好
的结合匹配，因此，参考蘑菇氨酸与酶的结合方式，分
段考察不同取代的作用。结构分段情况见图1。
图1蘑菇氨酸分子结构和骨架分解图
Fig．1Structureandskeletonofagaritine
1．2．1取代基团：根据蘑菇氨酸与受体的结合情
况，将该分子划分为4部分分别进行改造。具体改造
中所用残基见表1，每个位置以下列基团进行取代，
得到新的衍生物结构，取代中所用的基团主要考虑
极性、体积、芳香性等的变化。
1．2．2取代方式：(1)骨架的改造(图1-C部分)：在
图2还清楚地显示，图1中分子结构的B和C部分
起到了中间骨架的作用，为了考察骨架部分对配体
与受体的结合的影响，也同时以五元环(
和苯环( )取代了C部分(一CH：CH。一)，骨架
表1分子结构改造中采用的基团
Table1 Groupsusedformolecularmodification
编号 基团结构 编号 基团结构
11 0
12 ll
3 13 』
—_cH2—_cH—七H3
1』 l
—_cH—CH2—_cH3
5
s—nz<)
，卅。<≥
一2磷 18 11
·。川T卜
＼N}i／
10
表2基于蘑菇氨酸的取代方式
Table2 Designofagaritinederivatives
取代方向骨架(c部分)取代 其他取代 位置
8：Rsub代表了表1中的所有的取代基
a：RsubreferstoallsubstituentsinTable1
．，{1一^蝠、|．．0一斌＼
一
．，．、啦t．-．．警。一||．．}t，、‘。<．．．．一连7．v昶_．?jj、礅．
万方数据
中草菊ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5月·661·
的改造结合端基的改造一起评价。具体方式见表2
中M4。M9、M12～M15。
(2)苯环部分(图1一A部分)的取代改造：A部
分是取代苯基，从图2中可以看到，当配体与蛋白质
受体结合后，这部分在活性腔的外侧，为了考察这部
分对结合的影响，对图1中标示的X1、X2、X33个
位置进行了取代，对氢以上述基团进行取代。同时考
察了骨架改造结合上述A部分取代的影响。具体方
式见表2中M1～M9。
图2蘑菇氨酸分子与蛋白酶受体(4PHV)的相互结合
Fig．2Bindingofa aritinew thproteinase
receptor(4PHV)aroundit
(3)氨基酸端(图1一D部分)的改造：D部分是氨
基酸，从图2中可以看到，当配体与蛋白质受体结合
后，这部分在活性腔的内侧，为了考察这部分对结合
的影响，对图1中标示的X4位置上连接的氨基和
羧基进行了取代，同时考察了骨架改造结合上述D
部分取代的影响。具体方式见表2中MlO～M15。
上述改造得到分子后，在Sybyl7．0的优化模
块对结构进行优化，先以平衡电荷法计算电荷，再以
AMBER力场优化结构，分子保存为m012格式后用
于对接计算。
1．3 分子对接(docking)：所谓分子对接方法就是
两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配而相
互识别的过程。本文采用Sybyl7．0软件包的Flex
X／Runmuti-ligand模块，定义复合物中原配体周围
0．8nm范围为活性位点，采用经验结合自由能函数
作为打分函数来评价对接结果。将每个分子与3个
受体对接，计算3个受体的平均得分作为结构指标。
2结果和讨论
图1一A部分改造结果见表3，图1一D部分的改
造结果见表4，为了便于比较，图l—C部分的改造列
在上述两个表中。通过数据分析，可以看出：在X1、
X2位分别加上残基，统计对接结果，可以看出在X1
位加上残基的对接结果的平均值(～30．14)大于X2
位(一27．64)，可发现在X1位进行改造优于X2位。当图1一c部分骨架改为。和仑
后，对Xl位进行改造后的平均对接值分别为
一30．8和一35．67；对X2位改造的平均分值分别为
一27．?5和一35．28。因此，以苯环取代图1-C部分骨
架能够提高对接的分值。
将X3的氢原子更换为残基，其对接结果的平均
表3 A部分的改造对对接结果的影响
Table3 EffectofsectionA dockingaftermolecularmodification
万方数据
·662· 中草115ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5月
表4 D部分改造对对接结果的影响
Table4 EffectofsectionD dockingaftermolecularmodification
值为一30．12。将骨架结构改为—太，)一和—≮>一
后，其对接结果平均值变为一30．19和一32．98，可以
看出这个位置的改造与X1位结果相当。
将氨基更换为残基，其对接结果的平均值
^～矿—N
为一26．27。将骨架结构改为一卜和弋卜
后，其对接结果平均值变为一26．02和一26．04，这
种改变骨架结构没有带来更好的结果。
将羧基更换为残基，其对接结果的平均值
n∥—飞为一25．68。将骨架结构改为‘卜和弋卜
后，其对接结果平均值变为一30．39和一29．78，同
样发现这种改造并没有增加对接的分数。
通过以上分析可以得到这样的结论：认为x1
和x3位改造是有利的，图1一C部分的改造成苯环
后作用比较明显。从取代基的平均得分来看，取代基
11、12、13、14和18的得分较高。
对于得分而言，相对分子质量大VDW的相互
作用就大，得分与分子大小存在非特异性的相关性，
许多人在评价得分时都考虑以相对分子质量或分子
中非氢原子数进行校正。在工作中，FIexX的评价函
数类似于BOhm半经验自由能方程E9’10]，得分与
VDw之间还有系数，不便于校正，另一方面，采用
平均分数，基团个体的作用得以抵消，所以直接采用
分数有可比性。
理论计算的分数与实际的化合物的活性是有差
距的，主要受限于受体结构的合理性和计算方法的
准确性两个方面。所以我们对受体的合理性也进行
了筛选，通过这种理论改造的尝试，得到了比较明确
的规律，希望这些规律为下一步的真正改造提供有
参考意义的思路。
31结论
通过分子对接方法筛选了HIV一1蛋白酶晶体
结构作用受体，并对蘑菇氨酸进行了理论改造，结果
表明，x1和x3位的改造是有利的，特别是以取代
基11、12、13、14和18进行取代加图1一C部分改造
苯环后作用比较明显。本文得到的信息将有助于设
计和改造出效果更好的HIV一1蛋白酶的抑制剂。
致谢：感谢觏开大学高性能计算中心提供的计
算支持。
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张庆建，陈若芸，于德泉+
(中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所，北京100050)
鸡桑MorusaustralisPo r．又名小叶桑，分布于
全国多个省份。鸡桑的同属植物桑M．albaL．为传
统中药，树皮、枝、叶、果实均可入药，具有降压、抗、
菌、利尿、镇静等作用[1]。近20年来日本对桑属植物
作了大量的研究，发现其中含有黄酮、二苯乙烯、苯
骈呋喃等酚性成分。鸡桑的化学成分的报道很少，为
研究其活性成分，笔者对其醋酸乙酯部分进行了分
离。从醋酸乙酯部分分离到10个化合物，通过光谱
方法测定了结构，分别鉴定为白桑酚B(albanolB，
I)、桑根酮C(sanggenonC，Ⅱ)、异甘草黄酮醇
(is01icoflavonol，Ⅲ)、羟基藜芦酚(oxyresveratrol，
IV)、3，37，4，57一四羟基二苯乙烯(3，37，4，5’一te—
trahydroxystilbene，V)、白藜芦醇(resveratrol，
Ⅵ)、二氢桑色素(dihydromorin，Ⅶ)、2，37，4一三羟基
二苯乙烷(2，37，4一trihydroxybibenzyl，Ⅷ)、槲皮素
(quercetin，IX)和山柰酚(kaempferol，x)。检测了
化合物Ⅱ～x的活性。化合物Ⅲ和V为首次从该属
植物中分离得到，其余均为首次从鸡桑中分离得到。
活性筛选结果表明，化合物皿对Bel7402、BGC-
823、HCT一8和A2780癌细胞生长有抑制作用，化合
物IX和x对BGC一823细胞生长有抑制作用。化合物
Ⅲ～Yl和Ⅸ能明显抑制Fe抖一半胱氨酸诱导的肝微
粒体脂质过氧化产物的生成。
1仪器和材料
1H—NMR和13C—NMR用INOVA一500型核磁
共振仪测定。FAB—MS用VG—Autospec一300型
质谱仪测定，ESI—MS用Agilent1100LC／MSD
TrapSL型质谱仪测定。红外光谱用IMPACT400
型红外光谱仪测定。旋光用Perkin—Elmer一241型
旋光仪测定。SephadexLH20购自Pharmacia公
司，RP一18(40～60肛m)购自Merck公司。薄层色谱
硅胶GF。。。和柱色谱硅胶(160～200目)为青岛海洋
化工厂产品。溶剂均为分析纯，由北京化工厂生产。
实验药材采于江西省庐山，由江西九江森林植
物研究所谭策铭研究员鉴定为鸡桑M．australis
Poir．。
2提取与分离
鸡桑干燥茎15妇，粉碎，95％乙醇回流提取3
次，每次1h。提取液减压浓缩得干浸膏1010g。将该
浸膏溶于热水，分别用石油醚、醋酸乙酯、正丁醇萃
取。醋酸乙酯萃取部分减压浓缩后得浸膏465g。该
部分硅胶拌样后，以氯仿一甲醇梯度洗脱，分成lo个
部分。各部分分别用硅胶、RP一18、LH一20凝胶等色谱
法 从第3、4、5部分共分离到10个化合物，分别是2
个Diels—alder型化合物：l(10mg)和Ⅱ(250mg)；
4个二苯乙烯类化合物：Ⅳ(2．5g)，V(1．3g)，VI
(500rag)和Ⅷ(200rag)；4个黄酮化合物：Ⅲ(41
mg)、Ⅶ(35mg)、Ⅸ(50mg)和x(14mg)。
3结构鉴定
化合物I：棕色无定形粉末，[a]分：+118。(c
0．04，CHCl3)；FAB—MS：m／z559(LM+1]+)，558
(M+)；IRv¨KB。；r(cml)：3317(OH)，1618(苯环)；
1H—NMR(acetone—d6，500MHz)艿：8．49(1H，brS，
H 2”)，7．17(1H，d，J一8．0Hz，H一20”)，7．62(1H，br
S，H 6”)，7．39(1H，d，J一8．0Hz，H一4)，7．16(1H，
d，，=1．5Hz，H一67)，7．09(1H，d，J=1．5Hz，H一
3)，6．98(1H，d，，一2．0Hz，H一7)，6．80(1H，dd，，一
8．0。2．0Hz，H一5)。6．58(1H，brd，J=8．0Hz，H一
收稿日期：2006—08—19
基金项目；国家自然科学基金资助项目(20432030，20572133)
*通讯作者于德泉Tel{(010)63165224Fax：(olo)63017757E—mail：dqyu@imm．ac．an
万方数据
基于HIV蛋白酶结构的蘑菇氨酸结构的理论改造
作者： 高维娜， 刘冰妮， 任晓文， 徐为人， 魏冬青， GAO Wei-na， LIU Bing-ni， REN
Xiao-wen， XU Wei-ren， WEI Dong-qing
作者单位： 高维娜,魏冬青,GAO Wei-na,WEI Dong-qing(天津师范大学,天津,300074)， 刘冰妮,任晓文
,徐为人,LIU Bing-ni,REN Xiao-wen,XU Wei-ren(天津药物研究院,天津,300193)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2007,38(5)
被引用次数： 2次

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2.叶明智.黄劲松 双孢蘑菇中活性成分的研究进展[期刊论文]-农产品加工·学刊 2008(10)


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