新型蒽醌类拓扑异构酶II抑制剂的深度学习设计与合成
2021-05-06沈泓佑何小妮鲁素芳郝二伟
沈泓佑, 何小妮, 鲁素芳, 秦 箐, 郝二伟, 刘 旭*
(1. 广西大学 a. 化学化工学院; b. 医学院,广西 南宁 530004; 2. 广西中医药大学 药学院,广西 南宁 530299)
拓扑异构酶(Topoisomerase, Topo)为解DNA双螺旋中拓扑结构异常部分的酶。II型Topo可切割双螺旋的两条链而使超螺旋DNA解旋。同时拓扑异构酶II型通过磷-酪氨酸键与DNA裂解的两条链共价连接[1]。Topo II的抑制剂主要包括:鬼臼毒素类(依托泊苷、替尼泊苷等)、吖啶类和蒽醌类(阿霉素、米托蒽醌等)。其中,蒽醌类具有广泛生物活性,并且表现出独特的抗肿瘤作用[2]。但因严重副作用,如耐药性、继发性肿瘤和心脏毒性而临床应用受限[3-6]。因此,修饰其分子结构,提高药物生物利用度,降低对正常细胞的毒性,是亟待解决的实际问题。
大黄、茜草及芦荟等中药有一定抗肿瘤效果。其主要活性成份为具有蒽醌母核的大黄素、大黄酸及芦荟大黄素。目前临床上抗癌常用药阿霉素及米托蒽醌的基本母核也包含蒽醌结构[7]。蒽醌作为拓扑异构酶II抑制剂,可与拓扑异构酶II结合,阻断其对DAN复制的催化作用[8-10]。
本文根据文献和实验室前期工作[11-13],收集整理了102个具有一定抗肿瘤活性蒽醌类衍生物。根据文献中IC50值和药理、毒性实验,以优、良、差和低毒、中毒、高毒标示其活性与毒性。以最新的深度学习算法作为建模工具,分别建立其结构特征与抗肿瘤活性、正常细胞毒性之间初步的定量构效关系模型(QSAR Model)[14]。在此基础上,运用拼合原理等基本思路,设计了91个新衍生物。计算新衍生物的结构特征,代入模型中,得到优活性衍生物37个,低毒性衍生物29个,同时具有优活性和低毒性的衍生物17个。……
