一种激酶抑制剂先导化合物及其虚拟筛选方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种激酶抑制剂先导化合物、其虚拟筛选方法以及其在制备支链α

【技术实现步骤摘要】
一种激酶抑制剂先导化合物及其虚拟筛选方法和应用


[0001]本专利技术涉及药物化学领域，具体涉及一种激酶抑制剂先导化合物及其虚拟筛选方法和应用。

技术介绍

[0002]蛋白激酶(Protein Kinase)是细胞信号通路中的重要成员之一，参与调节细胞多种生理功能，其表达水平异常或突变会导致癌症和其他疾病，是重要的药物研发靶点，自2001年伊马替尼获得批准以来，已有76种激酶抑制剂获批上市。因此开展以蛋白激酶为靶点的药物研发具有重要的研究意义和广泛的应用前景。
[0003]随着越来越多蛋白质三维结构被解析以及蛋白同源模建方法的飞速发展，以蛋白激酶为研究靶点，利用计算机辅助药物设计中的虚拟筛选方法开发新型药物先导化合物具有速度快、成本低的优点。近年来，随着虚拟筛选方法的迭代升级，已有研究团队开发了能够进行大规模虚拟筛选的平台，弥补了以往大多数的虚拟筛选因所用化合物库规模有限造成的筛选结果具有命中率低、假阳性率高等缺点。VirtualFlow是来自哈佛大学的研究者于2020年在nature上发表的超大开源的虚拟筛选平台，它能对超大型化合物库进行有效虚拟筛选，但是该筛选平台目前还无法实现成药性和相互作用预测。因此，我们需要建立一种联合大规模化合物库筛选
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ADMET性质预测
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二维相互作用预测的虚拟筛选方法，以此提升获得先导化合物的速度和质量、提高药物成药性。
[0004]支链氨基酸(BCAA)分解代谢途径在哺乳动物BCAA稳态维持中起着关键作用。线粒体中的支链α
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酮酸脱氢酶激酶(BCKDK)是BCAA分解代谢途径中的关键负调控激酶，它能够磷酸化支链α
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酮酸脱氢酶的α亚基(BCKDHA或E1α)使其失活，与人类多种重大疾病密切相关。
[0005]研究表明，升高的血浆支链氨基酸和胰岛素抵抗(IR)之间有很强的联系，在遗传性肥胖小鼠中发现了BCAA和支链α
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酮酸(BCKA)积累，用BCKDK抑制剂的药理抑制作用恢复BCAA分解代谢通量，可降低遗传性肥胖小鼠的BCAA/BCKA丰度，并显著降低IR，证实小分子BCKDK抑制剂对高脂饮食诱导的肥胖小鼠IR有明显的改善作用。另有研究表明，枫糖浆尿病(MSUD)是一种由BCKDC缺乏引起的常染色体隐性疾病，在患有MSUD的个体中，BCAAs的氧化受到抑制，导致BCAAs和BCKAs累积，神经元功能和大脑能量代谢受损，造成患者出现神经功能障碍和癫痫等症状。这些研究都为靶向BCKDK治疗肥胖、IR和枫糖浆尿病的研究提供了依据。
[0006]此外，支链氨基酸分解代谢紊乱普遍存在于多种肿瘤中。在肝细胞肝癌中，BCAA分解代谢紊乱导致BCAA积累从而激活mTORC1及其下游效应蛋白，进而促进了肿瘤的发生和发展。通过低剂量饮食摄入支链α
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酮酸脱氢酶激酶(BCKDK)抑制剂3,6
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二氯
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苯并噻吩羧酸(BT2)能有效减弱实验组小鼠肿瘤的生长，这表明增强BCAA的分解代谢能有效抑制肝癌细胞的生长。BCKDK还通过激活MEK
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ERK信号通路促进结直肠癌的发生。研究发现BCKDK可以促进JB6C141细胞转化以及直肠癌细胞的生长，且BCKDK的表达水平在结直肠癌组织中明显升
高，与结直肠癌患者的生存期负相关。进一步研究表明，BCKDK是MEK的直接上游激酶，通过磷酸化MEK并激活MAPK信号通路而促进结直肠癌的发生。已知BCKDK抑制剂一苯丁酸(Phenylbutyrate,PB)能够抑制BCKDK促结肠癌生长的作用和对MEK1的催化活性。但是，PB同时还是组氨酸去乙酰转移酶的抑制剂，并非对BCKDK特异，且其抑制BCKDK需要很高的浓度，一期临床实验中还观测到该药物具有明显的剂量依赖性神经毒副作用。因此，以BCKDK为靶点的特异性先导化合物的发现为治疗因MEK持续性活化而导致的结直肠癌发生及其耐药具有重要价值。
[0007]大量研究还表明，肿瘤晚期患者会发生代谢紊乱，而支链氨基酸代谢异常增强和代谢酶活性改变造成合成代谢不足和分解代谢增强，会导致中晚期肿瘤患者恶病质的发生和预后不良，肿瘤恶病质是肿瘤患者营养状态恶化的共同结局。富含支链氨基酸及其中间代谢物的羟甲基丁酸酯用于肿瘤患者的营养支持和肿瘤恶病质的治疗，但由于体内存在同化代谢反馈和胰岛素抵抗作用，单纯补充支链氨基酸不足以缓解肿瘤患者过度分解代谢。BCKDK先导化合物的开发可以从缓解胰岛素抵抗和打破支链氨基酸同化代谢循环角度提高营养支持治疗效果，为肿瘤恶病质的防治药物开发提供新的思路和方法。
[0008]综上所述，以BCKDK为靶点的药物在肥胖、胰岛素抵抗、枫糖浆尿病、神经功能障碍、肝癌、结直肠癌和肿瘤恶病质等重大疾病的预防治疗中具有重要价值和应用前景。

技术实现思路

[0009]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种激酶抑制剂先导化合物的虚拟筛选方法，并提供利用该方法筛选得到的化合物结构，以及该化合物作为BCKDK抑制剂和/或以该化合物为主要活性成分的药物在靶向BCKDK治疗肥胖、胰岛素抵抗、枫糖浆尿病、神经功能障碍、肝癌、结直肠癌和肿瘤恶病质等重大疾病中的应用。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]本专利技术的第一方面是提供一种激酶抑制剂先导化合物的虚拟筛选方法，包括如下步骤：
[0012](1)从Protein data bank获取蛋白激酶三维结构；
[0013](2)确定化合物结合位点的位置信息、空间大小和关键氨基酸残基；
[0014](3)确定所使用的配体化合物库；
[0015](4)以研究的目的蛋白激酶为靶点，针对化合物在该靶点的结合位点，利用分子对接程序进行刚性对接，根据刚性对接打分结果筛选一定排名靠前的化合物作为初筛数据并做柔性对接，再根据柔性对接打分结果筛选一定排名靠前的化合物作为精筛数据库；
[0016](5)对精筛数据库中的化合物进行ADMET性质及二维相互作用模式预测，筛选具有良好ADMET性质、没有不可信相互作用且同时含有疏水相互作用和氢键相互作用、结构不相似且容易购买的化合物作为苗头化合物；
[0017](6)进一步评价上述苗头化合物的生物活性，筛选具有良好结合亲和力和生物活性的化合物作为目的蛋白激酶的抑制剂。
[0018]进一步地，步骤(3)中所用的配体化合物库选自VirtualFlow大规模化合物库筛选平台自带的Enamine配体库。
[0019]进一步地，步骤(4)中所述的分子对接平台为VirtualFlow大规模化合物库筛选平
台，刚性对接采用该平台的qvina02和smina_rigid程序；柔性对接采用该平台的vina程序。
[0020]进一步地，在步骤(6)中，采用表面等离子共振、Western Blotting免疫印迹和细胞增殖活性测试评价候选化合物的生物活性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激酶抑制剂先导化合物的虚拟筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)从Protein data bank获取蛋白激酶三维结构；(2)确定化合物结合位点的位置信息、空间大小和关键氨基酸残基；(3)确定所使用的配体化合物库；(4)以研究的目的蛋白激酶为靶点，针对化合物在所述靶点的结合位点，利用分子对接程序进行刚性对接，根据刚性对接打分结果筛选一定排名靠前的化合物作为初筛数据并做柔性对接，再根据柔性对接打分结果筛选一定排名靠前的化合物作为精筛数据库；(5)对精筛数据库中的化合物进行ADMET性质及二维相互作用模式预测，筛选具有良好ADMET性质、没有不可信相互作用且同时含有疏水相互作用和氢键相互作用、结构不相似且容易购买的化合物作为苗头化合物；(6)进一步评价所述苗头化合物的生物活性，筛选具有良好结合亲和力和生物活性的化合物作为目的蛋白激酶的抑制剂。2.根据权利要求1所述的虚拟筛选方法，其特征在于，步骤(3)中所用的配体化合物库选自VirtualFlow大规模化合物库筛选平台自带的Enamine配体库。3.根据权利要求1所述的虚拟筛选方法，其特征在于，步骤(4)中所述的分子对接平台为VirtualFlow大规模化合物库筛选平台，刚性对接采用所述平台的qvina02和smina_rigid程序；柔性对接采用所述平台的vina程序。4.根据权利要求1所述的虚拟筛选方法，其特征在于，在步骤(6)中，采用表面等离子共振、Western Blotting免疫印迹和细胞增殖活性测试评价候选化合物的生物活性。5.根据权利要求4所述的虚拟筛选方法，其特征在于，所述表面等离子共振实验采用NTA传感芯片。6.如权利要求1
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5任一项所述虚拟筛选方法筛选的化合物，其特征在于，选自具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示结构的化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：7.如权利要求6所述化合物在制备支链α
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酮酸脱氢酶激酶抑制剂中的应用，其特征在于，所述支链α
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酮酸脱氢酶激酶抑制剂包括化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或其衍生物，或其药学上可接受的盐、酯、溶剂合物。8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的衍生物的结构通式分别为式Ⅳ、式
Ⅴ
和式
Ⅵ
；其中，R1、R2和R3各自独立选自H、C1
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10烷基、C2
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10烯基、C2
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10炔基、C3
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10环烷基、C1
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10带取代基的烷基、C2
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10带取代基的烯基、C3
‑
10带取代基的环烷基、C3
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10带取代基的环烯基、C1
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10的醚，其中所述取代基选自硝基、氨基、羧基、卤原子、羟基、巯基、C1
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6烷硫基、C1
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6烷氧基、酯基、C1
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6烷氧基羰基、C1
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6烷酰氧基、酰胺基、氨基羰基、
C1
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6烷基氨基羰基、二(C1
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6烷基)氨基羰基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基、任选取代的芳基C1
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6烷基、任选取代的杂芳基C1
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6烷基、任选取代的芳基氧基、任选取代的杂芳基氧基、任选取代的芳基C1
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6烷基氧基、任选取代的杂芳基C1
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6烷基氧基中的一种或几种，所述芳基或杂芳基上的取代基选自羟基、巯基、氨基、硝基、卤原子、C1
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6烷基、C1
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6烷氧基、C1
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6烷硫基和羧基中的一种或几种；6烷硫基和羧基中的一种或几种；9.一种支链α
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酮酸脱氢酶激酶抑制剂，其特征在于，包括如权利要求6所述的化合物或其衍生物，或其药学上可接受的盐、酯、溶剂合物。10.根据权利要求9所述的支链α
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【专利技术属性】
技术研发人员：张力，杨全军，李春琼，
申请(专利权)人：上海市第六人民医院，
类型：发明
国别省市：