虚拟药物筛选.ppt

虚拟药物筛选 定义 虚拟筛选（virtual screening, VS) 也称计算机筛选，即在进行生物活性筛选之前，在计算机上对化合物分子进行预筛选，以降低实际筛选化合物数目，同时提高先导化合物发现效率。 虚拟筛选的意义 筛选的对象 虚拟筛选的效率 例：蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B（PTP1B）抑制剂的发现 经虚拟筛选，再作生物学测试，虚拟筛选的命中率比随机的高通量筛选提高1,700倍 虚拟筛选技术的分类 一、基于靶点结构的虚拟筛选 ——分子对接 起源：受体-配体的锁和钥匙模型 对接—— 受体和配基之间通过能量匹配和空间匹配而相互识别形成分子复合物，并预测复合物结构的操作过程 基于分子对接的筛选方法 基于一个靶点（酶、受体、离子通道、核酸等）的三维结构，常常采用分子对接的虚拟筛选方法从小分子数据库中找到能与之匹配的候选化合物。所谓分子对接是基于两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配相互识别的过程，即在药物分子和靶酶产生药效的反应过程中，两个分子先充分接近，然后采取合适的取向，使两者在必要的部位相互契合、发生作用，进而通过构象调整形成稳定的复合物。 在通常的分子对接中，小分子的构象是柔性的，如果筛选一个分子数目过多的数据库（如ACD-SC），那么整个虚拟筛选过程将非常耗时。因此，通常可先设定一些条件，比如Lipinski 的“5 倍律经验规则”等一系列类药性条件，先对该库进行过滤，从而快速缩小三维数据库的规模。另外，如果针对某个靶点，已经获得相关抑制剂的结构，则可采用分子形状匹配的方法（如FlexS），对数据库进行初筛，保留其中与已知抑制剂形状相似的分子。经过这些初步筛选之后，再采用基于分子对接的虚拟筛选从数据库中找出可能与靶点相互匹配的有机小分子。 分子对接筛选常用的软件 DOCK 是应用比较广泛的对接软件之一，由Kuntz 等设计开发。它能自动模拟配体在受体活性位点的作用情况，并记录下最佳的相互作用方式。而且该软件能对配体的三维数据库进行有哪些信誉好的足球投注网站，因此被广泛用于基于受体结构的对接筛选。 在DOCK 中，活性位点的确定是通过软件包中的sphgen 程序来完成，它通过在受体表面所有的凹陷区形成负像，并对这些负像进行聚类分析，用户则从中挑选出所需要的一类作为活性区域的位置。在生成负像的基础上，就可以进行配体分子和受体活性口袋之间的匹配，配体分子也采用一组球集来表示，并且DOCK 进行对接时，配体可以是刚性的，也可以设定为柔性。 在对接结束后，DOCK 程序则采用自带的打分函数对配体-受体之间的匹配情况进行评价，其中包括原子接触得分和能量得分。所谓接触原子是指在一定距离之内的原子（一般定义为4.5 ?），如果配体和受体之间存在这个距离内的原子，则认为产生碰撞，作为罚分从总得分中扣除；能量得分主要来自配体和受体间非键相互作用能。 AUTODOCK 也是常用的分子对接软件包之一，由Scripps 的Olson 科研小组开发。它采用模拟退火和遗传算法寻找受体和配体最佳的结合位置，用半经验的结合自由能方法来评价两者之间的匹配情况。为了加快计算速度，AUTODOCK 采用了格点对接的方法，格点上保存的是探针原子和受体之间的相互作用能，包括了范德华相互作用能、静电作用能和氢键相互作用能等。在AUTODOCK3.0 以前，只能实现单个配体和受体分子之间的对接，但目前的版本（AUTODOCK4.0）已经能实现对数据库对接筛选的功能。 除此之外，还有一些常用的对接筛选程序，比如FlexX、GOLD、Affinity 等，它们都各自开发出一套相应的对接筛选策略、打分函数，使得对接筛选的应用越来越广泛。 基于结构虚拟筛选一般流程图 (一) 靶点结构的预处理 概念： 将配体分子放置到受体大分子的活性位点中，预测小分子与受体结合构象及作用能的过程。是基于受体分子结构虚拟筛选的核心。 目的：从小分子数据库中发现合适的化合物作为受体大分子的配体。从整体上考虑配体与受体结合的效果。 目的： 评判配体分子和受体结合能力的强弱。 含义： ① 先对同一个分子的不同结合构象，评价各构象的结合好坏。 ② 再对数据库中的不同分子的最好结合构象进行评价，以得到最终的结合能力从高到低的化合物分子清单。 人碳酸酐酶与其抑制剂复合物 2002 年Grunberg 等采用基于分子对接的虚拟筛选方法成功地找到了多种人碳酸酐酶（humancarbonic anhydrase）的抑制剂。在整个设计过程中，他们采用了多次初筛的办法将Maybridge 数据库（61 186 个分子）和LeadQuest 数据库（37 841 个分子）进行过滤。首先利用Lipinski 的“5 规