A型H1N1流感病毒神经氨酸酶天然产物抑制剂的计算机模拟研究

流感的防治是关乎人类健康的重大问题。由流感病毒编码的神经氨酸酶（NA）在病毒对宿主的感染、成熟、释放等过程中发挥重要作用，因此NA抑制剂是目前最有效的抗流感病毒药物。然而，由于NA突变造成的耐药病毒株的出现以及药物的副作用，迫切需要研究和发现新型的NA抑制剂。天然产物抗流感作用历史悠久、效果显著，而对能抑制NA药效的化合物筛选是目前天然产物抗流感活性研究的重要方向和研究热点。本论文的主要研究重点是以病毒表面蛋白质NA为靶点从天然产物中筛选有效对抗流感病毒抑制剂，为今后可能出现的全球范围的流感病毒大流行储备有效的药物资源。本论文通过用同源模建、虚拟筛选、分子对接、ADMET性质研究和毒理性质预测等方法对NA的有效抑制剂进行分析研究。首先使用序列相似性搜索工具BLAST搜索目标序列，即2009年爆发的A型H1N1流感病毒中的NA的模板，序列比对以后发现目标序列与模板序列之间有很高的一致性（41.1%）和相似性（56.0%），然后使用MOEDLER程序产生模板序列NA的三维结构模型。随后进行的对NA三维结构的评估，认定所模建的结构的可信性，最后通过理论预测与实验数据相结合，最终找到NA的活性位点区域，即Arg118, Glu119, Asp151,Arg152, Glu278, Arg292, Arg293, Asn344, Arg368, Arg371这10个氨基酸残基。利用虚拟筛选软件AutoDock Vina，从天然产物数据库（NPD）中筛选出与NA结合效果最好的小分子化合物。最终得到34个疏水多环类小分子化合物亲和能低于-11kcal/mol，初步认定它们可能具有NA的抑制活性。通过Discovery Studio软件中的Flexible Docking程序进行柔性分子对接，比较虚拟筛选出的34个化合物精确的结合模式以及能量值等，最终得出这些疏水性多环类化合物都结合在NA的活性位点区域且具有良好的抑制NA的效果。分析还发现所有34个化合物除了与NA活性位点结合外还都结合在NA的另一个疏水性口袋中，这个疏水性口袋由NA的Arg368, Trp399, Ile427, Pro431和Lys432等氨基酸残基组成。这些化合物可与NA的疏水性结合位点产生很强的共价作用，即Pi-Pi共轭作用，这些都是是阳性对照药物扎那米韦所不具备的。同时用AutoDock软件进行34个小分子化合物同扎那米韦对NA的结合自由能的计算，比较Flexible Docking和AutoDock这两个不同打分函数的软件计算得到的能量值，可以看出虽然不同软件计算的结果没有准确的一一对应关系，但是它们有一致的趋势，即可看作这34个化合物中的能量值均低于对照药物扎那米韦，即利用这种研究手段理论上筛选出小分子化合物具有比阳性对照药物扎那米韦更好的药效。运用DiscoveryStudio软件中的ADMET模块计算34个小分子化合物以及阳性对照药物25摄氏度下水溶解度，血脑屏障通透性，细胞色素P4502D6抑制性，肝毒性，人类肠道吸收性，血浆蛋白结合率研究。并通过Discovery Studio软件中的TOPKAT模块对34种小分子化合物以及阳性对照药物毒理学性质的实验研究。其中主要针对潜在发育毒性，致突变性和啮齿动物致癌性三种毒理学性质进行详细的分析。结合所有实验结果，可以得出化合物ZINC02090662，ZINC04259225，ZINC04270571，ZINC04270586，ZINC05433942，ZINC05433944，ZINC08918259，ZINC08918445，ZINC12863203这9个化合物同阳性对照药物扎那米韦一样具有良好的抑制NA的活性，且不会具有致癌、致突变以及生殖毒性，并有良好的ADMET性质。这些实验结果为今后的药物研发很大程度上缩小了实验范围，减少巨大的实验经费，也节省了大量的时间。通过研究NA与化合物结合的结构模式，会对新型的抗流感病毒制剂的开发产生有价值的帮助。