β-分泌酶抑制剂的虚拟筛选及活性验证

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阿尔兹海默症是一种严重危害老年人健康的神经系统退行性疾病。研究证实,该病可能是由脑中B淀粉样蛋白(AB)的沉积引起的,而B-分泌酶(BACE1)是Aβ产生过程中的关键限速酶。因此,开发BACE1抑制剂对治疗阿尔兹海默症具有重要意义。与传统的药物研发相比,计算机辅助药物筛选可以显著加快药物开发的速度,节省大量资金,使其成为药物研发的重要技术和工具。而且将计算机虚拟筛选技术与生物实验手段相结合,二者可以很好地互补,更能推动药物研发领域的快速发展。本研究利用FIPSDock新型分子对接技术和Gromacs分子动力学模拟技术对BACE1受体集合与MICAD、DrugBank两个数据库中建立的配体集合进行虚拟筛选,然后对虚拟筛选候选化合物进行BACE1酶活测定,并利用ELISA、Western Blot等技术对抑制活性较好的化合物Gefinitib进行体外活性测定。具体研究内容及结论如下:(1)利用ProteinDataBank(PDB)数据库建立了多构型BACE1受体集合,利用MICAD和DrugBank数据库分别建立了小分子配体集合,运用FIPSDock分子对接技术将受体分子和配体分子逐一进行对接实验,对接过程中对受体的柔性加以考虑,共得到Imatini、Gefinitib等8个与BACE1活性位点结合良好的化合物分子。其中Imatinib的结合自由能值为-12.70kcal/mol,Gefitinib的结合自由能值为-9.34kcal/mol。(2)利用Gromacs分子动力学模拟技术,对FIPSDock对接结果中的结合较好的2QU2-Gefiniti、2VIZ-Imatinib等体系进行时长为6ns的动力学模拟实验。通过结构比对和能量值作图等分析,预测Gefitinib和Imatinib与BACE1活性口袋处的Trp、Phe、Thr、Tyr通过疏水作用结合,与Gln、Ser、Asp通过氢键作用结合。表明配体分子与BACE1结构之间可能具有稳定结合作用,推测它们为BACE1潜在的抑制剂先导化合物。(3)对虚拟筛选得到的候选化合物进行酶活和体外活性测定。通过酶活测定,发现Gefinitib抑制BACE1活性的ICso值为20.62μM。并通过细胞活性测定证明Gefinitib在浓度为20μM时对正常神经细胞没有毒性。然后利用ELISA和Western Blot实验证明20μM的Gefitinib可以显著抑制神经细胞Aβ蛋白的分泌,促进APPa蛋白的表达。以上均表明Gefinitib可以调节BACE1的活性,是有潜力的BACE1抑制剂的先导化合物。本研究通过将计算机虚拟筛选与生物实验手段相结合发现Gefitinib为有潜力的BACE1抑制剂先导化合物。
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