药物配体与生物大分子受体

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1、第３２卷分析化学（ＦＥＮＸＩＨＵＡＸＵＥ）评述与进展第１１期PS22PDF(TrialVersion)２００４年１１月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ１５３２～１５３７评述WWW.CCYT.NET与进展药物配体与生物大分子受体相互作用核磁共振的研究进展１，２２＊１纪竹生刘买利胡继明１（武汉大学分析测试中心，武汉４３００７２）２（中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室，武汉４３００７１）摘要药物与生物体内目标大分子之间的相互作用，是决定药物药理活性和代谢稳定性的主要因素。如何快速高效地识别出能与靶分子相互作用且能抑制其体外活性的

2、药物分子，是制药工业普遍关注的问题。核磁共振已经成为研究小分子配体和生物大分子相互作用的一种非常重要的手段。检测小分子配体信号在作用过程中的变化以识别药物分子，是核磁共振进行药物筛选的主要方法之一。本文介绍了近年来这方面的研究进展。关键词核磁共振，药物筛选，评述１引言大多数药物分子均通过与生物体内的大分子（如蛋白质）结合起作用。因而要得到一个具有良好生物利用度（ｂｉｏ-ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、代谢稳定性和低毒性的药物，首先必须寻找到和生物靶分子高度亲和性和选择性结合的分子（通常称为先导化合物，ｌｅａｄｃｏｍｐｏｕｎｄ）。为了能快速地寻找到这种分子，近２０年［１］来人们研究了许多方法。

3、这些方法主要涉及两个过程：即寻找先导化合物，然后对其进行优化。前一过程涉及到与靶分子相互作用且能抑制其体外活性的药物分子的识别，后一过程则是根据体外活性、生物利用度、药理和毒理性质对潜在药物进行优化。在以结构为基础的药物设计过程中，核磁共振（ＮＭＲ）方法被典型地用于先导化合物的优化，该研究包括蛋白质或蛋白质-配体络合物的溶液结构测定和用同位素编辑／滤波或核Ｏｖｅｒｈａｕｓｅｒ效应（ｎｕｃｌｅａｒＯｖｅｒｈａｕｓｅｒｅｆｆｅｃｔ，ＮＯＥ）技术迅速测定在蛋白-配［２］［３］体络合物中配体的结构。最近，人们发现ＮＭＲ也可以用于药物发现过程中寻找先导化合物。在该应用中，核磁共振被用于快速、高效地

4、测定分子间的相互作用，在原子水平上获得信息，指导以结构为基础的药物设计。在配体与受体发生作用时，许多ＮＭＲ参数将发生变化，这就是ＮＭＲ能用于药物筛选的主要原因。ＮＭＲ可用多种方法测定药物和蛋白的相互作用，如化学位移变化、线宽变化、转移ＮＯＥ及脉冲梯度场［４～１１］实验（ｐｕｌｓｅｄ-ｆｉｅｌｄｇｒａｄｉｅｎｔ，ＰＦＧ）等。这些方法可以分为检测蛋白信号和检测配体信号。前一类型［１２］的主要代表为ＳＡＲｂｙＮＭＲ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｃｔｉｖｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｙＮＭＲ），该方法需要知道靶蛋白确切的１５三维结构，同时还必须有足够量的Ｎ标记的靶蛋白，因此具有一定的局限性。后一类型则

5、采用脉冲梯度扩散测量、转移ＮＯＥ或ＮＭＲ线加宽来检测小分子配体信号。与观测蛋白信号相比，观测配体信号有很多优点，同时观测混合物中所有小分子信号有助于识别与靶蛋白结合的特定成分而无须去卷积。更重要的是，直接观测配体，排除了对蛋白进行同位素标记的需要，因而允许目标蛋白有较大的分子量。正是这两点限制了ＳＡＲｂｙＮＭＲ的应用。本文将介绍这些技术的近期发展。２亲和磁共振（ａｆｆｉｎｉｔｙＮＭＲ）［１３］亲和磁共振是近年来出现的一种研究受体-配体相互作用的方法，它将与特殊受体有结合作用２００２-１２-２２收稿；２００３-０５-２６接受本文系中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验

6、室资助课题（Ｎｏ．９９１５０８）PS22PDF(TrialVersion)第１１期纪竹生等：药物配体与生物大分子受体相互作用核磁共振的研究进展１５３３的活性配体从与非活性化合物组成的混合物中识别出来。由于亲和磁共振不需要对混合物进行物理分离，也不需WWW.CCYT.NET要去卷积步骤，因此它能提高药物筛选的效率和准确性。亲和磁共振方法的基本前提是：当配体与受体结合时，该低分子量配体的扩散速率发生明显的变化，其结果是结合和非结合配体的扩散系［１４，１５］数明显不同，从而允许采用ＰＦＧ实验从该配体和众多与靶蛋白无结合作用的分子的混合物中对该配体进行识别。ＰＦＧ实验常用于测定分子的扩散系数，该

7、实验常用的两个脉冲序列为纵向涡流延迟（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ［１６］ｅｄｄｙ-ｃｕｒｒｅｎｔｄｅｌａｙ，ＬＥＤ）和双极性脉冲纵向涡流延迟（ｂｉｐｏｌａｒｐｕｌｓｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｅｄｄｙ-ｄｅｌａｙ，ＢＰＰ-［１７］ＬＥＤ）。通过增加梯度强度或持续时间，ＬＥＤ和ＢＰＰ-ＬＥＤ序列可以扩展为多维形式，其中一个轴表示的是扩散系数。这两个序列也可以和传统的多维ＮＭＲ实验相结合，通过扩散系数增加谱分辨率。简而言之，结合ＰＦＧ扩散排