姜黄类似物的合成、构效关系、对接及分子动力学模拟外文翻译资料

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附录A 译文

姜黄类似物的合成、构效关系、对接及分子动力学模拟

摘 要

像白血病这样的癌症是世界上最危险的疾病之一。需要具有高活性的新型药物来治疗这种癌症。本研究将其分为三个阶段:合成阶段、生物测定阶段和计算阶段，如分子对接阶段、分子动力学阶段和结构活性阶段(SAR)研究阶段。采用碱催化或酸催化的醛醇缩合反应合成45种姜黄素类似物。采用MTT[3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2.5-二苯基溴化四唑连续照射48小时检测45种姜黄素类似物的生物活性，并采用Autodogck4.0软件中的遗传算法技术进行分子对接。根据生物测定结果，发现8个姜黄素类似物花答物5、8、11、14、17、28、34和41对HL-60有活性。分子对接研究结果表明,其中8个姜黄素类似物对HL-60具有很强的抗癌活性。最后，对接研究和MD研究表明,meta位羟基的存在可以增强化合物的生物活性。

关键词：姜黄素， 对接， 白血病， HL-60, MD模拟

1. 介绍

癌症是一种危险的疾病，是世界上导致死亡的主要原因之一。目前，癌症的主要治疗方法包括手术，化疗和放疗。然而，不良副作用的高发生率促使研究人员寻找更安全、更有效、副作用更小的抗癌药物。

姜黄素是抗多种癌症最有效的多靶点植物化学物质之一。姜黄素的抗癌能力与它直接的抗氧化能力有关，它能消除自由基，减少氧化应激。近十年来，人们对姜黄素的合成修饰进行了大量的研究，特别是姜黄素被认为具有良好的抗氧化和抗肿瘤活性。例如，单羰基5碳间隔物、具有环烷酮或哌酮中心基序的姜黄素类似物(B)具有良好的抗肿瘤和抗氧化活性。此外，姜黄素在急性髓细胞白血病细胞系HL-60中也有作用。结果清楚地表明姜黄素诱导这些细胞凋亡。端粒酶是一种逆转录酶，在超过80 %的人类癌症中被发现，因此，可以认为是一种潜在的致瘤标志物。

在本研究中，我们合成了45个姜黄素类似物，并添加了邻位、间位和对位的官能团。到目前为止，还没有合成类似于这一变异位点的姜黄素类似物的报道。此外，他们报道了仅添加变异官能团的姜黄素类似物的合成。采用48h连续暴露MTT法研究了这45种姜黄素类似物的生物活性。其中化合物5、化合物8、化合物11、化合物14、化合物17、化合物28、化合物34和化合物41对HL-60具有较好的活性。对这8种化合物进行分子对接以确保其活性。从空间排列上，确定了配体对活性位点残基的贡献。

2. 实验
2.1 查尔酮合成的一般程序

熔点用电热熔点仪测定，未经校正。紫外(UV)光谱在UV Ultraspec 3000 Pro分光光度计上获得。记录了红外光谱

在KBr的perkins - elmer 1760X FT-IR (Waltham, MA, USA)上。质谱用JEOL JMS-700(东京，日本)和SynaptG2质谱仪(Waters, Milford, MA, USA)记录。 ¹H和 ¹³使用Agilent DD2系统(Santa Clara, CA, USA)记录500 (¹H)及125 (¹³C) MHz，利用CDCl的残余(alpha;H 7.26)和氘化溶剂(delta;C 77.0)峰3 作为参考。合成方法采用Mas- II sinineo微波。采用硅胶60 (Merck, Darmstadt, Germany)进行色谱分离。薄层色谱(TLC)板用二氧化硅GF254(默克公司，0.25 mm)预涂，用10% 硫酸在乙醇中加热进行检测。
2.2 姜黄素制备的一般程序

利用适当取代苯甲醛与相应的NH4-哌啶酮、N-甲基-4-哌啶酮和N-苄基-4-哌啶酮的碱或酸催化的醛缩合反应，用组合化学方法合成了45种单酮姜黄素类似物(表4)。反应在微波辐射下进行，功率300 W，温度60 ℃，反应时间10 min，以良好的收益率提供产品。粗化合物在硅胶上色谱，通过再结晶进一步纯化。

将0.01 mol哌啶酮相关和0.02 mol相关芳醛置于带磁搅拌器和冷凝器的双颈圆底烧瓶中，加入40 %氢氧化钠约0.7 ml和无水乙醇10 ml。将反应混合物处理为化合物1，生成相关化合物。采用薄层色谱、高效液相色谱和熔点法对化合物的纯度进行分析。

2.3 生物测定

采用MTT法研究了45种姜黄素类似物的生物活性(对HL- 60的细胞毒作用)。HL-60细胞在96孔板中，细胞密度为3 times; 104细胞厘米-3 孵育24小时，促进细胞生长。然后，将其加入到溶解在DMSO(二甲基硫化物)中的不同浓度的样品中，通过加入PBS(磷酸盐缓冲液)，在pH为7.30至7.65的条件下完成。

以DMSO解决方案为对照。孵育48 h后进行试验，然后加入MTT试剂(3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)2,5-二戊二烯四唑溴菌)，孵育4小时。然后加入MTT试剂停止(包含SDS(十二烷基硫酸钠))。孵育24小时，在波长(lambda;) 570 nm处使用微型平板阅读器读取光密度。

2.4分子对接

对接过程前制备了8个配体和大分子(下载自PDB数据库www.pdb.org：PDB ID：3DU6)。由于大分子中加入了极性氢原子，其非极性氢原子被合并。对科尔曼电荷进行分配，并在此酶分子中加入溶剂化参数。而对于配体，非极性氢原子与分配的加斯泰格尔电荷合并。配体的所有可旋转键都被设定为可旋转的，在催化三联体周围有0.375 Omega;的网格间距。使用Autodock 4.0软件包(http://autodock.scripps.edu/)，通过遗传算法进行对接，网格框为55、17、42维，沿x、y、z轴。对接过程完成后，选择能量最低的确认方式。然后使用Discovery工作室可视化软件3.0(Accelrys) (http：//Acelrys.com/Customer-upport/Contact.html)对氢键、范德华和其他相互作用进行了分析，以便更好地了解

2.5分子动态模拟

利用NAMD (纳米分子动力学计划 ; V2.9) 11程序对模拟蛋白进行了MD模拟，所有文件均由可视化分子动力学(VMD) 12生成。将蛋白用TIP3P水箱溶解，每个方向的坐标结构均加2.5mu;ε的水层，用CHARMM(Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics)作为力场。

3. 结果与讨论

3.1生物测定

作者考察了45种合成姜黄素类似物对人早幼粒细胞白血病细胞株HL- 60的生物学活性。表1给出了45种姜黄素类似物在0.5mu;M下的存活率百分比，图1给出了45种姜黄素类似物的存活率曲线。根据图1红色块显示出低的生存能力，然后用于测定IC50值。其中8个姜黄素类似物被发现是抗HL-60的活性化合物。活性姜黄素类似物的IC50(micro;M)值见表2。合成的8个姜黄素类似物的IC50范围值在0.24 ~ 0.47 micro;M之间，姜黄素的IC50较高，为5.40。由表2可知，化合物11对HL-60的活性最好，其次是化合物17、化合物14、化合物8、化合物34、化合物5、化合物28、化合物41，说明在元位上含有羟基的化合物对HL- 60具有更好的生物活性，提示它们有望作为HL-60的抑制剂。

表1: 45姜黄素类似物在0.5 mu;M下的活性百分率

3.2分子对接

分子对接的重点是通过计算刺激分子识别过程，而分子对接的目标是实现蛋白质和配体的最优化构象。

图1： 姜黄素45类似物活力曲线

对接在药物设计的合理设计中起着重要的作用，它经常被用来预测小分子与靶蛋白的择优取向和结合位点，以确定其亲和力和活性。

在硅对接研究中评估了姜黄素类似物对HL-60的影响。从对接结果来看，化合物5在配体和残基Lys515之间有两个氢键(绿色虚线)。同样，在化合物8中，在配体和剩余的Lys515之间只观察到一个氢键。Bayomi和同事报告说，该蛋白的活性位点是该蛋白与剩余的Lys 169相互作用3 但目前还不清楚双方会有什么样的互动。在我们的例子中，氢键与剩余的Lys 515形成。这表明了配体和这个蛋白质之间的另一种可能的相互作用模式。这两种配体与酶的结合方式如图2所示。

对化合物11，对接结果表明，配体的羟基与残基Lys515的主链-NH之间存在两个氢键，配体的羟基与残基Asp440之间也存在两个氢键。推测羟基具有显著的细胞毒性作用，主要是由于电子给体基团具有电子和共轭作用。此外，从化合物11的最佳对接位，残基Arg511显示通过范德华相互作用与配体相互作用(灰色区域)，表明该残基在范德华袋形成中

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