藥物配體與生物大分子受體相互作用核磁共振的研究進展

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1、第32卷分析化學(FENXIHUAXUE)　研究報告第11期2004年11月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1421～1425評述與進展藥物配體與生物大分子受體相互作用核磁共振的研究進展1,2231紀竹生　劉買利　胡繼明1(武漢大學分析測試中心,武漢430072)2(中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所波譜與原子分子物理國家重點實驗室,武漢430071)摘　要　藥物與生物體內目標大分子之間的相互作用,是決定藥物藥理活性和代謝穩(wěn)定性的主要因素。如何快速高效地識別出能與靶分子

2、相互作用且能抑制其體外活性的藥物分子,是制藥工業(yè)普遍關注的問題。核磁共振已經(jīng)成為研究小分子配體和生物大分子相互作用的一種非常重要的手段。檢測小分子配體信號在作用過程中的變化以識別藥物分子,是核磁共振進行藥物篩選的主要方法之一。本文介紹了近年來這方面的研究進展。關鍵詞　核磁共振,藥物篩選,評述1　引　　言大多數(shù)藥物分子均通過與生物體內的大分子(如蛋白質)結合起作用。因而要得到一個具有良好生物利用度(bio2availability)、代謝穩(wěn)定性和低毒性的藥物,首先必須尋找到和生物靶分子高度親和性和選擇性結

3、合的分子(通常稱為先導化合物,leadcompound)。為了能快速地尋找到這種分子,近20年1來人們研究了許多方法。這些方法主要涉及兩個過程:即尋找先導化合物,然后對其進行優(yōu)化。前一過程涉及到與靶分子相互作用且能抑制其體外活性的藥物分子的識別,后一過程則是根據(jù)體外活性、生物利用度、藥理和毒理性質對潛在藥物進行優(yōu)化。在以結構為基礎的藥物設計過程中,核磁共振(NMR)方法被典型地用于先導化合物的優(yōu)化,該研究包括蛋白質或蛋白質2配體絡合物的溶液結構測定和用同位素編輯/濾波或核Overhauser效應(nuc

4、learOverhausereffect,NOE)技術迅速測定在蛋白223配體絡合物中配體的結構。最近,人們發(fā)現(xiàn)NMR也可以用于藥物發(fā)現(xiàn)過程中尋找先導化合物。在該應用中,核磁共振被用于快速、高效地測定分子間的相互作用,在原子水平上獲得信息,指導以結構為基礎的藥物設計。在配體與受體發(fā)生作用時,許多NMR參數(shù)將發(fā)生變化,這就是NMR能用于藥物篩選的主要原因。NMR可用多種方法測定藥物和蛋白的相互作用,如化學位移變化、線寬變化、轉移NOE及脈沖梯4～11度場實驗(pulsed2fieldgradient,PF

5、G)等。這些方法可以分為檢測蛋白信號和檢測配體信號。前12一類型的主要代表為SARbyNMR(structureactivityrelationshipbyNMR),該方法需要知道靶蛋白確15切的三維結構,同時還必須有足夠量的N標記的靶蛋白,因此具有一定的局限性。后一類型則采用脈沖梯度擴散測量、轉移NOE或NMR線加寬來檢測小分子配體信號。與觀測蛋白信號相比,觀測配體信號有很多優(yōu)點,同時觀測混合物中所有小分子信號有助于識別與靶蛋白結合的特定成分而無須去卷積。更重要的是,直接觀測配體,排除了對蛋白進行同位

6、素標記的需要,因而允許目標蛋白有較大的分子量。正是這兩點限制了SARbyNMR的應用。本文將介紹這些技術的近期發(fā)展。2親和磁共振(affinityNMR)13親和磁共振是近年來出現(xiàn)的一種研究受體2配體相互作用的方法,它將與特殊受體有結合作用2002212222收稿;2003205226接受本文系中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所波譜與原子分子物理國家重點實驗室資助課題(No.991508)第11期紀竹生等:藥物配體與生物大分子受體相互作用核磁共振的研究進展1533的活性配體從與非活性化合物組成的混合物中識別

7、出來。由于親和磁共振不需要對混合物進行物理分離,也不需要去卷積步驟,因此它能提高藥物篩選的效率和準確性。親和磁共振方法的基本前提是:當配體與受體結合時,該低分子量配體的擴散速率發(fā)生明顯的變化,其結果是結合和非結合配體的擴散系14,15數(shù)明顯不同,從而允許采用PFG實驗從該配體和眾多與靶蛋白無結合作用的分子的混合物中對該配體進行識別。PFG實驗常用于測定分子的擴散系數(shù),該實驗常用的兩個脈沖序列為縱向渦流延遲(longitudinal16eddy2currentdelay,LED)和雙極性脈沖縱向渦流延遲(

8、bipolarpulselongitudinaleddy2delay,BPP217LED)。通過增加梯度強度或持續(xù)時間,LED和BPP2LED序列可以擴展為多維形式,其中一個軸表示的是擴散系數(shù)。這兩個序列也可以和傳統(tǒng)的多維NMR實驗相結合,通過擴散系數(shù)增加譜分辨率。簡而言之,結合PFG擴散排序方法的多維實驗就稱為擴散排序譜(diffusion2orderedspectroscopy,18DOSY)。由于DOSY譜能夠根據(jù)混合物中各成分擴散速