專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種藥物定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，特別是一種流感病毒的神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法。
背景技術(shù)：
：流行性感冒病毒(簡(jiǎn)稱(chēng)流感病毒)是嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的一種急性病毒性呼吸道傳染病。由于現(xiàn)有的預(yù)防及治療流感的手段和藥物缺乏，開(kāi)發(fā)有效的抗流感病毒藥物具有重要意義。在流感病毒的生命循環(huán)中，病毒表面的蛋白質(zhì)血凝素和神經(jīng)氨酸酶對(duì)于流感病毒的侵入和傳播起著非常重要的作用，其中神經(jīng)氨酸酶能催化裂解病毒蛋白末端神經(jīng)氨酸殘基與糖蛋白、糖脂和寡聚糖間的a-2酮基，從而促進(jìn)新形成的病毒顆粒從感染細(xì)胞中分離與擴(kuò)散。神經(jīng)氨酸酶抑制劑已成為近年來(lái)開(kāi)發(fā)抗流感藥物的研究熱點(diǎn)。目前，根據(jù)神經(jīng)氨酸酶的晶體結(jié)構(gòu)，已合理設(shè)計(jì)了許多選擇性高、活性強(qiáng)的化合物，其中只有扎那米韋(Zanamivir)和奧塞米韋(Oseltamivir)通過(guò)美國(guó)食品與藥物管理局批準(zhǔn)上市。而上述兩種藥物也有各自的缺陷(BioorgMedChem，2006,14:8574-8581)。正在研究和開(kāi)發(fā)中的神經(jīng)氨酸酶抑制劑很多，研究發(fā)現(xiàn)?；螂孱?lèi)似物具有神經(jīng)氨酸酶抑制活性。如果能進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高活性，?；螂孱?lèi)似物有望成為一類(lèi)新的高效抗流感藥物，而定量構(gòu)效關(guān)系研究是定量藥物分子設(shè)計(jì)的一種重要方法，它對(duì)于設(shè)計(jì)和篩選生物活性顯著的藥物以及闡述藥物的作用機(jī)理等具有指導(dǎo)作用。因而構(gòu)建這些化合物的分子結(jié)構(gòu)與生物活性之間的定量相關(guān)模型，對(duì)于研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出高效抗流感藥物具有重要意義。目前，定量構(gòu)效關(guān)系可以分為二維和三維方面，前者可以處理多達(dá)成千化合物，但物化意義不明確，后者物化意義明確，但其參數(shù)計(jì)算復(fù)雜以及變量過(guò)多，因而限制了其廣泛應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)具有物化意義明確、操作筒便、表征能力強(qiáng)以及拓展性能好的三維定量構(gòu)效關(guān)系研究具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，能夠用于酰基硫脲類(lèi)似物的抑制活性預(yù)測(cè)，為進(jìn)一步分析酰基硫脲類(lèi)似物的構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有特定抑制活性的抗流感病毒新藥提供方法借鑒。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態(tài)分類(lèi)，從分子立體結(jié)構(gòu)的原子相對(duì)距離和原子自身性質(zhì)出發(fā)，經(jīng)計(jì)算藥物分子內(nèi)部不同類(lèi)型原子之間的靜電、立體和疏水性質(zhì)得三維原子場(chǎng)全息作用矢量；b)應(yīng)用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)?；螂孱?lèi)似物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；c)用逐步回歸技術(shù)挑選與?；螂孱?lèi)似物活性密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征；d)用偏最小二乘法建立酰基硫脲類(lèi)似物構(gòu)效關(guān)系分析模型。進(jìn)一步，在于步驟a)具體包括如下步驟al)按照原子所處周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA共5個(gè)主族將其劃分為5類(lèi)；a2)將不同主族中的原子按其雜化狀態(tài)細(xì)分為10類(lèi)；a3)得到一個(gè)分子內(nèi)部不同類(lèi)別原子之間的55種相互作用情況；a4)分別計(jì)算分子內(nèi)原子之間的靜電、立體和疏水三種勢(shì)能，共得到55x3=165個(gè)原子作用項(xiàng)表征分子結(jié)構(gòu)信息，稱(chēng)該作用項(xiàng)為三維全息原子場(chǎng)作用矢量；進(jìn)一步，步驟b)具體包括如下步驟使用化學(xué)繪圖軟件Chemoffice10.0中的Chem3D模塊構(gòu)建每個(gè)化合物的立體結(jié)構(gòu)，用半經(jīng)驗(yàn)量化程序MOPAC方法在AMI水平上優(yōu)化得到分子結(jié)構(gòu)(截?cái)嘀?.001^//wo/),并采用馬利肯(Mulliken)法以單點(diǎn)形式計(jì)算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標(biāo)和凈電荷數(shù)示之，用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并將表征結(jié)果作為定量構(gòu)效關(guān)系模型的自變量；進(jìn)一步，步驟c)具體包括如下步驟用逐步回歸技術(shù)進(jìn)行變量篩選，按費(fèi)歇爾顯著性才全驗(yàn)依次引入變量，以偏F^全驗(yàn)值對(duì)應(yīng)的顯著水平值P為依據(jù)當(dāng)候選變量中最大偏F檢驗(yàn)值的P50.05，則引入相應(yīng)變量，在已進(jìn)入方程的變量中，若其最小偏F檢驗(yàn)值的P^O.l時(shí)，則剔除相應(yīng)變量，最終選出IO個(gè)顯著性變量進(jìn)入才莫型；進(jìn)一步，步驟d)具體包括如下步驟將?；螂孱?lèi)似物的半抑制率IC50值轉(zhuǎn)換為pIC50，以pIC5Q值作為定量構(gòu)效模型的因變量，用偏最小二乘建立酰基硫脲類(lèi)似物定量構(gòu)效關(guān)系模型。本發(fā)明的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其中選取的三維全息原子場(chǎng)作用矢量物化意義明確、可解釋性強(qiáng)、表征能力強(qiáng)、使用操作方便及拓展性能好；逐步回歸方法能夠較好地挑選與?；螂孱?lèi)似物活性密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)變量參數(shù)；偏最小二乘方法集多元線性回歸分析、典型相關(guān)分析和主成分分析的基本功能為一體，可分析包含多重共線性以及較大噪聲的眾多自變量；所建模型可以很好的體現(xiàn)?；螂孱?lèi)似物的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，同時(shí)，模型具有較好的預(yù)測(cè)能力。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1是本發(fā)明的定量構(gòu)效關(guān)系模型變量投影重要性示意圖。具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)采用本發(fā)明的方法用于一組酰基硫脲類(lèi)似物的定量構(gòu)效關(guān)系分析為例進(jìn)4亍詳細(xì)的描述，包括以下步驟a)將原子按族和雜化狀態(tài)分類(lèi)，從分子立體結(jié)構(gòu)的原子相對(duì)距離和原子自身性質(zhì)出發(fā)，經(jīng)計(jì)算藥物分子內(nèi)部不同類(lèi)型原子之間的靜電、立體和疏水性質(zhì)得三維原子場(chǎng)全息作用矢量；藥物分子中常見(jiàn)的原子包括氫、碳、氮、磷、氧、硫、氟、氯、溴、碘，它們分別屬于元素周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA中的5個(gè)主族。因此，首先按照原子所處周期表的族將其劃分為5大類(lèi)。為了更好地表達(dá)分子細(xì)微結(jié)構(gòu)特征，并考慮到同一族原子處于不同雜化狀態(tài)時(shí)化學(xué)性質(zhì)也有較大差異，在上述分類(lèi)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步把不同主族中的原子按其雜化狀態(tài)細(xì)分為10類(lèi)，這樣一個(gè)分子內(nèi)部不同類(lèi)別原子之間的相互作用情況就有55種，參見(jiàn)表1。表1.10類(lèi)原子及其55種相互作用情況<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>Br，I分別采用靜電、立體和疏水三種勢(shì)能來(lái)表達(dá)不同的作用形式，最終對(duì)于一個(gè)有機(jī)分子將得到55x3=165個(gè)原子作用項(xiàng)來(lái)表征分子結(jié)構(gòu)信息。靜電作用通過(guò)庫(kù)侖定律表達(dá)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(1)式(l)中五指靜電作用，其中是原子間的Euclid距離，單位為A;e為單位電荷電量1.6021892xl(T19C;e。為真空中的介電常數(shù)8.85418782xl(T12C2/J-m;Z為原子凈電荷數(shù)，以電子為單位；w和"為原子所屬種類(lèi)。通過(guò)該式可以計(jì)算分子中所有原子間的靜電作用能，并按原子對(duì)所屬類(lèi)型將其分別累加入55個(gè)靜電作用項(xiàng)中。立體作用以Lennard-Jones方程計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(2)式(2)中對(duì)旨立體作用，^二fe巧/。為原子對(duì)勢(shì)能阱深；D為原子間作用能校正常數(shù)，取0.01;i/=(CVie/+CW/)/2，為經(jīng)過(guò)校正后的原子對(duì)范德華半徑，校正因子G當(dāng)spS雜化時(shí)取1.00,spZ雜化取0.95，sp雜化時(shí)取0.卯。疏水作用釆用hint方法描述<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(3)式(3)中/7指疏水作用；S為原子溶劑可及面積，是以水分子(范德瓦爾斯半徑為1.4A)為探針在原子表面滾動(dòng)其球心形成的表面面積；a為原子疏水常數(shù)；r系二值判別函數(shù)，以表明不同類(lèi)型原子疏水作用的熵效應(yīng)變化方向。分別計(jì)算分子的靜電、立體與疏水性質(zhì)后，將得到的參數(shù)定義為三維全息原子場(chǎng)作用矢量。b)應(yīng)用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)?；螂孱?lèi)似物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；從文獻(xiàn)(BioorgMed.Chem,2006,14:8574)中選取一組?；螂孱?lèi)似物作為研究體系。使用化學(xué)繪圖軟件Chemoffice10.0構(gòu)建每個(gè)化合物的立體結(jié)構(gòu)，用Chem3D自帶的半經(jīng)驗(yàn)量子化學(xué)軟件MOPAC在AMI水平上優(yōu)化得到分子結(jié)構(gòu)(截?cái)嘀?.001fc//mo/)，并采用馬利肯(Mulliken)法以單點(diǎn)形式計(jì)算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標(biāo)和凈電荷數(shù)示之，以C語(yǔ)言編寫(xiě)程序Super-3D.EXE進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，由于樣本分子中只含有C、H、O、N、S、F、Cl七種原子類(lèi)型，計(jì)算出的165個(gè)描述子中有33個(gè)為全零項(xiàng)，得到132個(gè)非零的描述子。其中^~^55,r56~r110，^nr,65分別對(duì)應(yīng)靜電項(xiàng)、立體項(xiàng)、疏水項(xiàng)。將表征結(jié)果作為定量構(gòu)效關(guān)系分析模型的自變量。c)用逐步回歸技術(shù)挑選與?；螂孱?lèi)似物活性密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征；用逐步回歸進(jìn)行變量篩選，按費(fèi)歇爾(Fisher)顯著性檢驗(yàn)依次引入變量，以偏F檢驗(yàn)值對(duì)應(yīng)的顯著水平值P為依據(jù)當(dāng)候選變量中最大偏F檢驗(yàn)值的P^0.05,則引入相應(yīng)變量，在已進(jìn)入方程的變量中，若其最小偏F檢驗(yàn)值的時(shí)，則剔除相應(yīng)變量，最終選出10個(gè)顯著性變量(7155,r126,F1I3,F56，K3，F(xiàn)41，「52,Ko,F咖)進(jìn)入模型。d)用偏最小二乘法建立酰基硫脲類(lèi)似物構(gòu)效關(guān)系模型；將酰基硫脲類(lèi)似物的半抑制率ICso值轉(zhuǎn)換為pIC5o,以pIQo值作為因變量，用偏最小二乘建立?；螂孱?lèi)似物定量構(gòu)效關(guān)系模型，以留一法交互檢驗(yàn)的累計(jì)復(fù)相關(guān)系數(shù)Q2評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)能力，所建模型為p/C50=11.41-0.曹|55_0I126-0I2-0萬(wàn)13(4)復(fù)相關(guān)系數(shù)尺2=0.908,Q2=0.818，均方根誤差RMS二0.201。其中，「155表示spS雜化N原子與F、Cl原子的疏水作用，F(xiàn),26表示spS雜化C原子與sp雜化N原子的疏水作用，^表示H原子與spS雜化C原子的靜電作用，J^3表示H原子與spS雜化C原子的疏水作用。由各系數(shù)知，疏水作用是影響活性的關(guān)鍵作用，其次是靜電作用。而且它們都對(duì)p/Cs。起負(fù)貢獻(xiàn)。從以上分析知，降低化合物的疏水作用，特別是spS雜化N原子與spS雜化的卣素原子間的疏水作用，對(duì)提高神經(jīng)氨酸酶抑制活性相當(dāng)重要，這給該類(lèi)藥物設(shè)計(jì)提供有用的啟示。圖1顯示模型的變量投影重要性(F7尸)指標(biāo)，其中，W戶越大，變量越重要。當(dāng)P7PO.50時(shí)，表明該變量不重要；KW^1.00時(shí)，該變量對(duì)解釋Y變量相當(dāng)重要。圖1顯示，變量1即^55的F/戶為1.22,說(shuō)明其貢獻(xiàn)最大，其他變量W尸均大于0.50,也顯示出其重要性，這與前面的"ri正一致。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)能力，從上述總樣本中隨機(jī)選擇24個(gè)作為訓(xùn)練集，其余6個(gè)作為預(yù)測(cè)集進(jìn)行外部驗(yàn)證，預(yù)測(cè)結(jié)果如下(括號(hào)內(nèi)為實(shí)驗(yàn)值)6.05(5.93)，5.36(5.08)，6.07(5.98),5.96(5.95),6.17(6.29),6.02(5.99),表明模型具有較強(qiáng)預(yù)測(cè)能力。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。權(quán)利要求1.一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其特征在于包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態(tài)分類(lèi)，從分子立體結(jié)構(gòu)的原子相對(duì)距離和原子自身性質(zhì)出發(fā)，經(jīng)計(jì)算藥物分子內(nèi)部不同類(lèi)型原子之間的靜電、立體和疏水性質(zhì)得三維原子場(chǎng)全息作用矢量；b)應(yīng)用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)?；螂孱?lèi)似物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；c)用逐步回歸技術(shù)挑選與酰基硫脲類(lèi)似物活性密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征；d)用偏最小二乘法建立酰基硫脲類(lèi)似物構(gòu)效關(guān)系模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其特征在于步驟a)具體包括如下步驟al)4要照原子所處周期表的IA、IVA、VA、VIA、VIIA共5個(gè)主族將其劃分為5類(lèi)；a2)將不同主族中的原子按其雜化狀態(tài)細(xì)分為10類(lèi)；a3)得到一個(gè)分子內(nèi)部不同類(lèi)別原子之間的55種相互作用情況；a4)分別計(jì)算分子內(nèi)原子之間的靜電、立體和疏水三種勢(shì)能，共得到55x3-165個(gè)原子作用項(xiàng)表征分子結(jié)構(gòu)信息，稱(chēng)該作用項(xiàng)為三維全息原子場(chǎng)作用矢量。3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其特征在于步驟b)具體包括使用化學(xué)繪圖軟件Chemoffice10.0中的Chem3D模塊構(gòu)建每個(gè)化合物的立體結(jié)構(gòu)，用半經(jīng)驗(yàn)量化程序MOPAC方法在AMI水平上優(yōu)化得到分子結(jié)構(gòu)(截?cái)嘀?.001LT/wo/)，并采用馬利肯(Mulliken)法以單點(diǎn)形式計(jì)算原子電荷，將原子空間位置及電荷分別以笛卡兒坐標(biāo)和凈電荷數(shù)示之，用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并將表征結(jié)果作為定量構(gòu)效關(guān)系模型的自變量。4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其特征在于步驟c)具體包括如下步驟用逐步回歸技術(shù)進(jìn)行變量篩選，按費(fèi)歇爾顯著性檢驗(yàn)依次引入變量，以偏F檢驗(yàn)值對(duì)應(yīng)的顯著水平值P為依據(jù)當(dāng)候選變量中最大偏F檢驗(yàn)值的P≤O.05,則引入相應(yīng)變量，在已進(jìn)入方程的變量中，若其最小偏F檢驗(yàn)值的P^O.l時(shí)，則剔除相應(yīng)變量，最終選出10個(gè)顯著性變量進(jìn)入模型。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，其特征在于步驟d)具體包括如下步驟將?；螂孱?lèi)似物的半抑制率IC5。值轉(zhuǎn)換為pIC5。，以pICs。值作為定量構(gòu)效關(guān)系分析模型的因變量，用偏最小二乘建立?；螂孱?lèi)似物定量構(gòu)效關(guān)系模型。全文摘要本發(fā)明屬于藥物分子設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)一種新穎流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑三維定量構(gòu)效關(guān)系研究方法，包括如下步驟a)將原子按族和雜化狀態(tài)分類(lèi)，從分子立體結(jié)構(gòu)的原子相對(duì)距離和原子自身性質(zhì)出發(fā)，經(jīng)計(jì)算藥物分子內(nèi)部不同類(lèi)型原子之間的靜電、立體和疏水性質(zhì)得三維原子場(chǎng)全息作用矢量；b)應(yīng)用三維全息原子場(chǎng)作用矢量對(duì)?；螂孱?lèi)似物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；c)用逐步回歸技術(shù)挑選與?；螂孱?lèi)似物活性密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征；d)用偏最小二乘法建立?；螂孱?lèi)似物構(gòu)效關(guān)系模型。該方法可以用于?；螂孱?lèi)似物活性預(yù)測(cè)，分析其構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計(jì)針對(duì)流感病毒神經(jīng)氨酸酶具有特定抑制活性的?；螂孱?lèi)似物新品種提供依據(jù)。文檔編號(hào)C40B30/02GK101343779SQ20081007017公開(kāi)日2009年1月14日申請(qǐng)日期2008年8月25日優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日發(fā)明者李志良,梁桂兆,虎梅申請(qǐng)人:重慶大學(xué)