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IDO/TDO小分子抑制剂活性、选择性的理论研究
吾杰提·巴尔力克1
作者信息
摘要
吲哚胺2，3-双加氧酶(IDO)是人体内沿犬尿氨酸(NFK)途径的色氨酸(Trp)代谢酶，其在人体内所有组织中普遍存在。在肿瘤微环境中，肿瘤细胞过量表达的IDO会造成色氨酸过度消耗并聚集代谢产物犬尿氨酸，抑制局部免疫应答，形成免疫逃逸。因此，抑制IDO活性是肿瘤免疫治疗的策略之一，针对该靶标的药物设计一直是二十多年来的研究重点。除了IDO外，同一家族的色氨酸双加氧酶(TDO)在人体内也能够催化相同的生化反应，但是具有不同的组织分布和底物选择性。基于对特定靶标具有高效力和低交叉反应性的药物设计原则，在本课题中我们从热力学和动力学性质出发，开展了针对IDO和TDO靶标的小分子抑制剂活性和选择性的研究。这对我们理解以IDO为靶标的肿瘤免疫治疗药物的设计原则、避免免疫治疗药物耐药有重要的意义。 以下是我们的主要工作内容: 在这项工作中，我们选择了具有金属配位特征的8种类型的23个抑制剂进行研究，其中包括了选择性IDO和TDO抑制剂，以及具有双重活性的抑制剂。 基于IDO和TDO晶体结构的比较，我们发现了两种酶的活性口袋都是由6个α螺旋(αA，αB，αD，αE，αJ，αK)和2个柔性loop区(DEloop，JKloop)组成，有较高的结构相似性(RMSD=0.862)。本研究中抑制剂能够与IDO和TDO活性口袋中的亚铁血红素形成金属配位键，占据活性口袋而阻断酶的功能。两种酶活性口袋内部拓扑等效位点处存在不同结构和性质的残基，两个loop区也有显著的结构差异。 从热力学性质出发，我们采用基于分子对接的打分函数和基于分子动力学模拟的结合自由能，评估了各类抑制剂在IDO和TDO活性口袋的结合能力。结果显示大多数抑制剂（包括选择性IDO和TDO抑制剂）对TDO有比IDO更好的亲和力，不符合酶活性实验数据。热力学性质不足以解释IDO和TDO对抑制剂产生选择性的原因。通过分析这些抑制剂与两种酶的相互作用细节，我们观察到TDO的活性口袋比IDO的活性口袋能够与抑制剂之间有更紧密的疏水性接触，并且TDO中H76，A150和T342残基能够与抑制剂形成特异性相互作用，使得抑制剂对TDO亲和力更强。 从动力学性质出发，我们采用自适应拉伸力增强采样的方法分别模拟抑制剂C1从IDO和TDO解离的过程，获得抑制剂C1从两种酶解离的细节，以及抑制剂C1与两种酶之间相互作用力沿反应坐标的变化曲线。相互作用力变化曲线显示，抑制剂C1进入和离开两种酶的活性口袋时，在IDO比TDO克服较低的能垒。因此，抑制剂C1对IDO的活性口袋的结合要比TDO快，这可以解释为什么该抑制剂对IDO的抑制活性要比TDO高。ASMD模拟的结果与酶活性测试的数据一致。抑制剂C1对两种酶的活性和选择性受结合和解离过程的动力学因素控制。
关键词
小分子抑制剂/吲哚胺2,3-双加氧酶/色氨酸双加氧酶/抗肿瘤活性/选择性引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
化学工程导师
崔巍；王雷学位年度
2021学位授予单位
中国科学院大学语种
中文中图分类号
R9