[發(fā)明專利]基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的核受體介導(dǎo)內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的虛擬篩選方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310288617.3
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN103324861A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于紅霞;史薇;王小享
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境可疑內(nèi)分泌干擾物的虛擬篩選與活性預(yù)測領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的核受體介導(dǎo)內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的虛擬篩選方法，更具體地說，就是通過分子動(dòng)力學(xué)模擬考察與內(nèi)分泌干擾效應(yīng)緊密相關(guān)的三類核受體——雌激素受體（Estrogen?receptor,ER）、雄激素受體（Androgen?receptor,AR）和甲狀腺激素受體（Thyroid?hormone?receptor,TR）的構(gòu)型變化來判斷受試化合物的潛在內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)

內(nèi)分泌干擾物是指可模擬人體激素而擾亂人體內(nèi)分泌干擾系統(tǒng)的物質(zhì)，內(nèi)分泌干擾物不僅影響生物的生殖系統(tǒng)、誘發(fā)癌癥，甚至?xí)溂暗诙⒌谌４萍に厥荏w、雄激素受體和甲狀腺受體作為核受體超家族的重要組成部分，是介導(dǎo)內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的重要靶點(diǎn)。一部分內(nèi)分泌干擾物可以模擬天然激素激活這些靶點(diǎn)，該效應(yīng)稱為擬-雌/雌/甲狀腺激素效應(yīng)，另一部分內(nèi)分泌干擾物可以抑制天然激素的作用，這一效應(yīng)稱為抗-雌/雌/甲狀腺激素效應(yīng)。目前已被報(bào)道的相關(guān)的內(nèi)分泌干擾物種類繁多，比如雙酚A類、酞酸酯類、多氯聯(lián)苯類、多溴聯(lián)苯醚類等等。不僅如此，每年新增的化學(xué)品更是不計(jì)其數(shù)，而這些化學(xué)品中也會(huì)有一些具有內(nèi)分泌干擾活性，面對這一巨大的挑戰(zhàn)，人們必須開展對化合品的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的評(píng)價(jià)與篩查。針對這三類受體介導(dǎo)的內(nèi)分泌干擾物，已經(jīng)建立了許多實(shí)驗(yàn)方法用以篩選。目前主要的篩選方法有基于體內(nèi)的生物標(biāo)志法、組學(xué)方法，體外試驗(yàn)中的酵母雙雜交、報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)法以及競爭結(jié)合實(shí)驗(yàn)等等。但是這些實(shí)驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如果完全依靠它們來進(jìn)行內(nèi)分泌干擾物的篩查是不現(xiàn)實(shí)的。

基于這樣一些挑戰(zhàn)，計(jì)算機(jī)虛擬篩選內(nèi)分泌干擾物成為了有力的工具和輔助手段，比如定量結(jié)構(gòu)效應(yīng)關(guān)系（quantitative?structure-activity?relationship，QSAR）和分子對接等已經(jīng)被廣泛使用，并且取得了很多成果。但是，建立一個(gè)QSAR模型需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型訓(xùn)練集，但是新出現(xiàn)的化合物的結(jié)構(gòu)差異巨大，并沒有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于建模。分子對接直接根據(jù)配體和受體的相互作用來預(yù)測相應(yīng)的活性，不需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是這種方法沒有考慮受體的柔性和結(jié)構(gòu)變化，在預(yù)測上往往不能非常準(zhǔn)確，因而限制了它的用途。本發(fā)明是基于小分子化合物對受體結(jié)構(gòu)變化而提出的，能夠有效克服QSAR和分子對接的不足。

本發(fā)明涉及的三類核受體都是由五個(gè)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成：N端調(diào)節(jié)域、DNA結(jié)合域、自由鏈、配體結(jié)合域和C端域。其中，配體結(jié)合域是負(fù)責(zé)受體-配體相互作用的區(qū)域，也是最受人們關(guān)注的部分。該區(qū)域有12個(gè)α螺旋構(gòu)成（雄激素受體只有11個(gè)螺旋，為了名稱上的統(tǒng)一，把第二條螺旋直接命名為H3，第三條螺旋直接命名為H4，依次類推）。大量研究表明，該區(qū)域的構(gòu)型變化將直接影響核受體的生物功能，其中尤為重要的是H12的位置的變化。一般認(rèn)為，配體（也即小分子化合物）進(jìn)入受體的配體結(jié)合域，與結(jié)合口袋內(nèi)的殘基發(fā)生范德華作用、電相互作用、氫鍵作用、疏水作用等，在這些力的共同作用下，H12發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，最終穩(wěn)定在特定的位置，與其他相對穩(wěn)定的螺旋提供一個(gè)與共激活因子/共抑制因子結(jié)合的表面。因此我們可以通過模擬手段考察配體對H12的影響來預(yù)測在真實(shí)的生物體系中，對應(yīng)小分子的受體活性。

分子動(dòng)力學(xué)模擬（molecular?dynamics?simulation，MD）是一種基于計(jì)算機(jī)考察原子和分子物理運(yùn)動(dòng)的模擬技術(shù)。其基本原理是，給定模擬體系的初始態(tài)，依靠牛頓力學(xué)來模擬分子體系的運(yùn)動(dòng)，以在由分子體系的不同狀態(tài)構(gòu)成的系綜中抽取樣本，從而計(jì)算體系的構(gòu)型積分，并以構(gòu)型積分的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)一步計(jì)算體系的宏觀性質(zhì)。該方法已經(jīng)被大量用于解釋藥物激活靶點(diǎn)的機(jī)理上，但是作為一種篩選工具，卻從來沒有被應(yīng)用。該技術(shù)可以用于考察受試化合物誘導(dǎo)下的配體結(jié)合域H12的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置變化。

張愛茜等曾將分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)用于識(shí)別具有ER激動(dòng)和拮抗作用的有機(jī)物（張愛茜,藺遠(yuǎn),彭素芬,劉磊,高常安,韓朔睽.一種有機(jī)物雌激素受體激動(dòng)和拮抗作用的識(shí)別方法[P].江蘇：CN101381894,2009-03-11），但是該方法僅針對ER，而且并沒有引入蛋白變構(gòu)的概念，不適用于積累受體。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的問題

本發(fā)明的目的在于利用核受體的構(gòu)型與活性的關(guān)系，建立一種基于計(jì)算機(jī)的、省時(shí)省力的方法去篩選已注冊化學(xué)品中的內(nèi)分泌干擾物，為進(jìn)一步的化學(xué)品安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供基礎(chǔ)，提供一種基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的核受體介導(dǎo)內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的虛擬篩選方法。

2.技術(shù)方案