（应用化学专业论文）磷酸酶抑制剂设计的相关分子模拟理论与方法研究.pdf

摘要 摘要 磷酸酶是细胞信号传导中的关键物质，已经成为癌症、糖尿病等疾病治疗 的靶标。抑制剂活性位点处的o c 氟代效应是抑制剂的开发过程发现的一个重要现 象，可以引起抑制剂活性提高三个数量级，其原因有待研究。本文对磷酸酶抑 制剂的仪氟代效应及其药物设计中的一些相关基本理论与方法作了研究。研究内 容包括对c c 氟代效应的量子计算研究、基于全原子力场t e a m 的全新蒙特卡罗程 序设计、亨利常数的分子模拟计算研究和w i d o m 方法程序设计及自由能计算中 的可能影响因素分析、及磷酸酶与抑制剂结合能与结合自由能的分子动力学计 算。研究结果发现： 1 氟原子的引入主要是使得磷酸酶抑制剂的活性位点磷酸基团上的电 荷向与磷酸基团相联的原子上进行了分配，使磷酸基团的质子解离更为容易， 从而改变了溶液中的离子比例，并大幅提高了抑制剂的活性。氟原子不是一个 好的氢键受体。在计算离子过程时，考虑溶剂效应很重要。d p c m 和1 e f p c m 可以比较好的用来计算溶剂化效应。 2 基于t e a m 全原子力场的蒙特卡罗程序设计与开发提供了一种可选择的 分子模拟方法。程序可以基于t e a m 力场进行正则系综下的蒙特卡罗计算。在 程序中设计了四种基本的蒙特卡罗运动，分别是分子平动、分子整体刚性转动、 原子随机小幅振动、主要二面角的扭动。四种运动依次按照m e t r o p o l i s 原理沿马 尔可夫链进行。程序验证结果显示运行正常。 3 w i d o m 程序设计可以处理1 6 种情况，它们包括：溶剂用分子动力学还 是蒙特卡罗方法取样，取样系综是n v t 系综还是n p t 系综，粒子插入方法是格 子法还是随机法，粒子插入后是否随机旋转。计算结果显示，w i d o m 方法可以 比较准确的计算气体在溶剂中的亨利常数。但计算过程中，组态空间的有效均 匀取样问题仍然有待解决。使用联合原子力场在一定程度上可较好地避免这一 问题。 4 磷酸酶与其抑制剂的复合物的分子动力学模拟计算结果显示静电相互作 用在酶与抑制剂间的相互作用中扮演了非常重要的角色。相对结合自由的计算 结果显示，二氟代化合物的活性与酶的多肽底物的活性相近，远高t t f - 氟代化 合物。但是将计算结果与实验值直接定量比较还有些差距。因此，在开发此类 抑i f l i t l 时，要更加注意引入原子的电荷效应，而非氢键效应。 关键词：磷酸酶抑制剂，氟代效应，药物设计，量化计算，分子力场，自由能 a b s t r a c t a b s t r a c t p h o s p h a t a s ei sac r i t i c a le n z y m ei nr e g u l a t i n gt h es i g n a lt r a n s d u c t i o ni nc e l l s i t h a sb e e np r o v e dt ob eau s e f u lt a r g e tf o rt h et h e r a p yo fc a n c e r , d i a b e t e sa n dm a n y o t h e rd i s e a s e s i x - f l u o r i n a t i o ne f f e c te x i s t i n gi nt h ea c t i v es i t e so ft h ep h o s p h a t a s e i n h i b i t o r , w h i c he n h a n c e st h ea c t i v i t yt h ei n h i b i t o r sb y3m a g n i t u d e s i sa ni m p o r t a n t p h e n o m e n aa n dt h eu n d e r l y i n gr e a s o n sa r es t i l lu n d e t e r m i n e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n w e g i v ea l li n v e s t i g a t i o nt ot h et h e o r ya n dm e t h o d o l o 西e sr e l a t e dt ot h eo c f l u o r i n a t i o n e f f e c ta n dt h ed r u gd e s i g nw o r k t h ec o n t e n tm a i n l yc o v e r sf o u ra s p e c t s ，w h i c ha r e t h ea bi n i t i oc a l c u l a t i o ns t u d yo nt h e0 c f l u o r i n a t i o ne f f e c t t h ep r o g r a md e s i g no f m o n t ec a r l o ( m c ) m e t h o db a s e do nt h et e a ma 1 1 a t o mf o r c ef i e l d ，f a c t o r sa n a l y s i s i n f l u c i n gt h ee f f i c i e n c yo ff r e ee n e r g yp e r t u r b a t i o nm e t h o db a s e do nt h em o l e c u l a r s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o no fh e n r y sl a wc o n s t a n t ( h l c ) w i t hw i d o mi n s e r t i o nm e t h o d ， b i n d i n gm o d ea n db i n d i n ga f n n i t yc a l c u l a t i o nw i t hm o l e c u l a rd y n a m i c ss i m u l a t i o n ( m d ) i n v e s t i g a t i o nr e s u l t ss h o w t h a t ： 1 t h ei n t r o d u c t i o no ff l u o r i n ea t o m so nt h e 仅- p o s i t i o no ft h ei n h i b i t o ra c t i v e s i t em a i n l ya f f e c t st h ec h a r g ed i s t r i b u t i o no ft h el o c a ls i t e s f 1 u o r i n ei sn o ta g o o dh y d r o g e nb o n da c c e p t o r s o l v a t i o ne f f e c tc a l c u l a t i o nw i t hd p c ma n d m f p c mm o d e lw a sf o u n dt ob eg o o da n di m p o r t a n tt ot h es t u d y 2 f o u rb a s i cm cm o v e sw e r ed e s i g n e df o rt h em cp r o g r a mb a s e do nt e a m a 1 1 a t o mf o r c ef i e l d t h e yp r o c e e ds u c c e s s i v e l ya l o n gt h em a r k o vc h a i n t h e v a l i d a t i o nr e s u l t st e l lt h a ti tw o r k s 3 w i d o mp r o g r a mw a sd e s i g n e df o r16c a s e s ，w h i c hc a nb eg e n e r a t e db y c o m b i n et h es o l v e n ts a m p l i n gm e t h o d s ( m co rm d ) ，t h es o l v e n te n s e m b l e ( n v to rn p t ) ，s o l u t ep a r t i c l ei n s e r t i o nm e t h o d ( r a n d o mo rg r i di n s e r t i o n ) a n dt h er o t a t i o ns t r a t e g y ( y e so rn o ) c a l c u l a t i o nr e s u l t sg i v eas t r o n gh i n t t h a tt h ef l e ee n e r g yp e r t u r b a t i o nm e t h o dc a ng i v eag o o dr e s u l t sa n de n o u g h a t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt ot h es a m p l i n ge f f i c i e n c y u n i t e d a t o mf o r c ef i e l d i sp r e f e r r e db yt h es a m p l i n gi ns o m ec a s e s 4 t h eb i n d i n gm o d ea n db i n d i n ga f f i n i t yc a l c u l a t i o np r o v et h a tt h ee l e c t r o s t a t i c p a r to ft h em o l e c u l a ri n t e r a c t i o ne n e r g yp l a yt h ek e y r o l ew h e nt h ei n h i b i t o r b i n d i n gp h o s p h a t a s e s t h ed i f l u o r i n a t e di n h i b i t o rp o s e s st h es i m i l a ra c t i v i t y t ot h ee n z y m es u b s t r a t e ，a n di sm u c hm o r ea c t i v et h a nt h en o n f l u o r i n a t e d c o m p o u n d t h e r e f o r e ，w h e nd e v e l o p i n gt h i sk i n do fi n h i b i t o r s ，w es h o u l d p a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ec h a r g ee f f e c tb r o u g h tb yt h ei n t r o d u c e da t o m s ，b u t n oh y d r o g e nb o n d i n ge f f e c t s k e y w o r d s ：p h o s p h a t a s ei n h i b i t o r s ，f l u o r i n a t i o ne f f e c t ，d r u gd e s i g n ，a bi n t i o ，f o r c e f i e l d ，f r e ee n e r g y 第一章文献综述 1 1 磷酸酶及其抑制剂 1 1 1 介绍 第一章文献综述 蛋白激酶和磷酸酶是在真核细胞分裂周期的引发过程中起着重要作用的两 种蛋白。调节这两种酶的活性，是决定细胞对生理刺激反应方式的关键。它们 的活性对于细胞的生长和分化也有非常重要的潜在贡献。现在一些研究表明， 蛋白磷酸酶在一些很重要的细胞信号传导过程中起着激活信号的作用，包括细 胞周期的演进、t 细胞的活化和神经传导受体的激活i l 羽。 蛋白激酶和磷酸酶的细胞信号传导中的基本作用方式如图1 1 所示。蛋白 激酶将a t p 上的一个磷酸基团转移到其它蛋白的丝氨酸苏氨酸或酪氨酸残基 的羟基上，使该蛋白磷酸化，从而激活细胞内的各种信号传导过程；而蛋白磷 酸酶的作用正好相反。它将这氨基酸残基上的磷酸基团水解下来，并将脱下来 的磷酸基团交给a d p ，而重新生成a t p 。这样，就使得信号传导过程终止【l 。川。 一一一訾鬻 巍一 焉麓 麓一 瓣 东妒瓣砧裟 第一章文献综述 1 1 2 磷酸酶的分类 正如图1 1 所示，按照专一性和作用底物结构的不同，磷酸酶主要分为蛋 白丝氨酸，苏氨酸磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶两类。蛋白丝氨酸，苏氨酸磷酸酶 专一性水解丝氨酸，苏氨酸磷酸酯，而酪氨酸磷酸酶( p r p ) 又分为两种：一种 磷酸酪氨酸专一性磷酸酶；另一种则具有双重水解能力，既可以水解磷酸酪氨 酸残基，又可以水解丝氨酸，苏氨酸磷酸酯，因而又称为双重专一性蛋白磷酸酶 ( d s p t p ) 。 1 1 2 1 蛋白丝氨酸苏氨酸磷酸酶m 蛋白丝氨酸，苏氨酸磷酸酶可以分成两种不同的基因家族，分别是p p p 和 p p m 。其分类依据有催化活性位点的调节与目标对象、对不同抑制剂的敏感性、 对不同金属元素的需求、和基因同源性等。 p p p 基因家族又可以进一步分为一些子家族，包括p p l 、p p 2 a 、p p 2 b 和 p p 5 。p p l 是糖元代谢的重要调节剂。实验观察发现，肿瘤促进剂o k c a d a i c 酸 可以抑制p p l 和p p 2 a ，所以可以用p p l 作为肿瘤抑制剂。p p 2 a 在一般代谢、 细胞周期和细胞内信号传导等多个过程中发挥着调节作用。p p 2 b 是p p p 家族 中研究最多的磷酸酶，在很多的信号传导路径中均发挥着重要的作用，尤其是 t 淋巴细胞中的t 细胞受体介导的信号传导过程。p p 2 b 可以通过结合钙调蛋 白和钙来激活，是免疫抑制药环孢霉素a 的靶标。, f l , k i m n b d a 蛋白磷酸酶( 九p p ) 是从噬菌体九中分离出来的一种p p p ，与p p p 家族的其它成员有着很多类似的 特征，但是分子量要小得多，所以是研究p p p 基因家族的一种很好的模型。a , - p p 的生物学作用尚没有研究清楚。 第二种基因家族p p m 包含了很多存在于原核生物和真核生物中的不同磷 酸酶。p p 2 c 是这个基因家族的定义成员。该子家族对镁离子或锰离子表现出 了很强的依赖性，并且与p p p 家族并没有表现出明显的序列同源性。从人、兔、 鼠等哺乳动物中分离出来的p p 2 c 表现出了9 0 的同源性。哺乳动物的p p 2 c 主要存在两种主要的异构体：p p 2 c a 和p p 2 c 1 3 ，它们的同源性为7 5 。p p 2 c 在负调节多种体系的m a p k ( m i t o g e n a c t i v a t e dp r o t e i nk i n a s e ) 信号传导路径过 程中似乎有保守作用。酵母实验表明，p p 2 c 通过作用于不同的m a p 激酶和上 游调节剂来调节信息素和渗透压调节路径。p p 2 c 也被假设在丝裂酵母中起着 调节压力激活信号传导路径的作用。在植物中，m p 2 c ( 一种p p 2 c 的同源物) 负向调节由干旱、寒冷、伤病和物理接触等引发的压力诱导m a p k 路径。在哺 乳动物中，实验已证明p p 2 c 可以负向调节压力激活p 3 6 和i n km a p k 路径。 第一章文献综述 1 1 2 2 蛋白酪氨酸磷酸酶“ 人类基因组序列的初步分析发现了i1 2 种人类p t p 。与蛋白激酶中酪氨酸 专一性激酶和丝氨酸，苏氨酸专一性激酶有大量相同序列所不同的是，p t p 的氨 基酸序列与丝氨酸，苏氨酸磷酸酶是不相关的。p t p 家族的催化区域活性位点的 标志性氨基酸序列是( i - g v ) c ( x ) 5 r ( s t ) ( 其中x 为任意氨基酸残基) ，这一部 分也称为p t p 的签名部分，示意图如图1 2 所示。 p t p 可以分为酪氨酸专一性、双底物专一性和低分子量磷酸酶。其中双底 物专一性酶并不严格以含p t y r 的蛋白为目标，也可以以含p s e r 和p t h r 的蛋白 作为底物。有些双底物专一性磷酸酶还水解除磷酸蛋白以外的底物。酪氨酸专 一性p t p 可以进一步分成两类：受体型p t p 和分子内p t p 。受体型p t p 以c d 4 5 和p t p o t 为代表，一般含有细胞外、假定的配体结合位点、一个穿膜区域和l 一2 个细胞质的p t p 区域。分子内p t p 以p t p l b 和s h p 2 为代表，含有一个催化 区域和不同的n 或c 端延长部分，包括可能有靶向或调节功能的s h 2 区域等。 双底物专一性磷酸酶包括m a p 激酶磷酸酶( m l s ) ，细胞周期调节因子c d c 2 5 磷酸酶和肿瘤抑制因子p t e n 等。 f i g 1 2 s c h e m a t i cs t r u c t u r e so fr e p r e s e n t a t i v ep t p $ ( a ) t y r o s i n e - s p e c i f i cp t p $ ( b ) d u a l s p e c i f i ca n d l o wm o l e c u l a rw e i g h tp t p s 【3 】 第一章文献综述 1 1 3 磷酸酶的医疗前景 1 1 3 1 蛋白丝氨酸苏氨酸磷酸酶“” 几乎所有的细胞生理功能的调节都要经过蛋白的磷酸化，去磷酸化过程。蛋 白激酶和蛋白磷酸酶在这一平衡过程中发挥着关键作用。事实上所有的疾病过 程都在根本上出现了信号传导缺陷。由于蛋白激酶研究早，其专一性很早就得 到了证实，因此，蛋白激酶很早就被认为是种“多用途”的新药开发靶标。但 对磷酸酶的认识却远远落后于对蛋白激酶认识。直到近期，蛋白磷酸酶还是被 看作是一种单纯被动的完成蛋白激酶的逆过程、为相应的蛋白进行脱磷酸过程 的蛋白，而不具有可以作为药物开发靶标所需的专一性。现在广泛的研究告诉 人们，要很好地调节蛋白的磷酸化水平，必须对激酶和磷酸酶进行协调调节。 对磷酸酶的调节与激酶的调节一样复杂而精细，甚至有过之而无不及。基因数 据分析结果显示，在p p p 家族有1 3 种基因和1 5 种蛋白，而在p p m 家族有另 外的1 0 种基因。这样，丝氨酸，苏氨酸蛋白磷酸酶的基因在整个人类基因组中 占的百分比 1 0 m mn i 0 2 n m i b 2p rp ini 3 p i n i 4 0 7 n m o 7 n m一7 0 m mn i 50 1 n m0 i n m n i 8 p m l n m 61 8 n m0 0 3 n m8 7 m m 7o 3 0 7 n mo 2 1 n m l o m m 。 l m m4 - 1 6 u m l o m m 一一 91 3 1 u m3 4 n m 一 - 1 00 5 2 u m 0 2 l a m l m m - 1 1 0 6 l l m0 0 5 m 一 l m一一 1 2 0 7 t t m0 1 2 t l m l m 一 1 3 a a 一 - 一 1 4 1 5aa - 一 一 1 6 44mmo - 一 1 7 一 1 1 5 t t m - 1 80 5 n m 一 1 95 n m 2 0 5 i o p m 一 。n l = n o i n h i b i t i o n b h y p h e n ( 一) = n o t d e t e r m i n e d p i = p o t e n t i a l i n h i b i t i o n ( b u t n o i n h i b i t i o nd a t an ：p o r t e d ) 4 t h ea c t i v i t yd a mi s 鼬 1 ：o k a d a ia c i d ( f r o md i n o f l a g e l l a t e s ) 2 ：t a u t o m y c i nf f r o mb a c t e r i a ) 第一章文献综述 o 3 ：t a u t o m y c e t i n 4 ：o k a d a m y c i n 5 ：m i c r o c y s t i n l rf f r o mb l u e - g r e e na l g a e ) 6 ：n o d u l a r i n - v ( f r o mb l u e - g r e e na l g a e ) 7 ：c a l y c u l i n ( f r o mm a r i n es p o n g e ) 一呐 8 ：m y r i s i f e r y l 一2 3a c e t a t e ( f r o mr e da l g a e )9 ：f o s t r i e n c i n ( f r o mb a c t e r i a ) 。嘴：哟 ! 0 ：c a n t h a r i d i n ( f r o mb l i s t e rb e e t l e s ) l l ：a c n t h a d d i ca c i d1 2 ：p a l a s o n i n ( f r o ms e e d s ) 铲。 第一章文献综述 艘 警k h 一 1 3 ：i s o p a l i n u r i n 1 4 ，1 5 ：d r a g m a c i d i n s ( 1 3 - 1 5f r o mm a r i n es p o n g e ) 1 7 ：d i s c o r h a b d i np ( f r o mm a l i n es p o n g e ) 繇ohiro 一 牺警不 1 9 ：c y c l o s p o f i n a ( f u n g u s )2 0 ：c y c l o l i n e o p e p t i d e a ( f r o ml i n s e e do n ) f i g 13c h e m i c a ls t r u c t u r e so fe x o g e n o u sp r o t e i ns e r i n e t h r e o n i n ei n h i b i t o r s 吲 天然磷酸酶抑制剂为理解作用机理和识别药效团提供了很好的研究对象。 其中有些可以作为药物开发的先导化合物。人们用分子模拟方法对于这些天然 抑制剂与蛋白磷酸酶的相互作用进行研究。在表1 4 中列出了在这些模拟研究 中发现在抑制剂与p p l ( 晶体结构) 和p p 2 a ( 同源模建结构) 结合位点结构的 差别。 对上面这些抑制剂的结构活性分析还表明，它们结构中的羧基是磷酰基 的类似物( m i m i c ) 。如果在这些化合物中去除c o o h ，会使它们完全失去抑 中审 啦。 第一章文献综述 铡瀵瞧。将- c o o h 基圈爱多羧慧酸酸繇或磷歉基本身取健，也可以褥到缀赔豹 活谯。现在已经露些瑷都镱瘸理条件下的磷酸酶为蚕静的药物合成方赫的工 作，但是结果还很少，在未来还需要在这方筒投入大量的正作。 t a b l e1 4 。s u m m a r yo ft h ec o n t a c t sb e t w e e nt h eo k a d a i ea c i dc l a s so f i n h i b i t o r s ，d a r p p - 3 2 ，a n dt h ec a t a l y t i cs i t er e s i d u e so fp p ia n dp p 2 a t t j 1 1 。4 2 蛋白酪氯酸磷酸酶抑铆剂 磷酸酪氨酸( p t y r ) 类似! l 盼及含磷酸酯抑制荆 懿兹嚣述，磷羧薅在缓隐痿号传导过程审主要完残磷黢纯蛋鑫懿去磷酸位 过程。在发挥作用时，其活性饿点会与磷酸化蛋白的磷酸酯部分结合，并催化 去掉磷酸基团而将酪氨酸残基的羟基复原。这种作用特点很容易提示人们想到 含磷黢酯类似结构的他合物，掰能会是潜在嬲磷酸酶抑露l 粼。事实也证明，按 这耱慝路进行药物嚣发已经取褥了一些狡极缭莱。 体内p t p 倦化去除蛋白底物上的磷酸髂氮酸( p t y r ) 娥基。进一步的研究 发现，六肽片断a s p a l a - a s p ，g l u p t y r l e u n h 2 是p 1 m l 的最小底物，并且表 瑗了炎好熬 辔割溪经，箕始毽秀2 ，2 4 x 1 0 7 m 。s1 。最邋聪遗了该多获与突 第一章文献综述 变p t p l b ( c y s 2 1 5 突变s e t ) 的复合物晶体结构( p d b 号：1 p t u ) ”。结构显示 底物的酸性侧链与p t p l b 的a r 9 4 7 残基有专一性的相互作用。这说明，残基周 围的序列在识别p t p 过程中发挥着重要的作用。 以此底物为基础，可以进行基于结构的“第一原理”药物设计，即将易水解 的p t y r 磷酸酯基团用一些不水解或难水解的取代基来代替，如化合物2 1 b 和 2 1 e ( 图1 4 ) 。 0 曰p 似 h o ，孙火“v 2 2 a o h 6 9 p m v h p 2 2 m mp t p l 2 2 o o - p o ( o h ) 22 4 p m v h p 3 6 0 u mp t p l 2 1 ap t y rx = o 2 1 bp m p ( p h o s p h o n o m e t h y l p h e n y i a l a n i n e ) x = c h 2 i c 5 0 = 2 0 0 p mt op t p l b 2 1 cf 2 p m p ( dr f l u o r o m e t h y l p h o s p h o n o p h e n y l a l a n i n e ) x = c f 2 i c 5 0 = 1 0 0 n m t o p t p l b 2 3 a x ；h 2 铀鬈帮州协p t p 侣 k j = 9 4 p mt o 町p 1 b 2 4 k i = 1 2 p mt op t p l b f i g 1 4 s u b s t r a t e sa n dc o m p e t i t i v ep t p i n h i b i t o r su t i l i z i n gp t y r m i m e t i c s t n 】 对化合物2 1 b 和2 1 c 的结构和活性的比较分析结果让人印象非常深刻。这 两种化合物在结构上的差异仅仅是活性部分亚甲基上的两个氢原子是否被氟 原子所取代，但是活性差别却是1 0 0 0 倍。氟的引入到底对抑制剂与磷酸酶的 相互作用产生什么影响，从而使其活性变化如此显著? c h e nl i 等【l2 】进行动力 学实验研究后认为，该效应可能是由于氟的引入改变了抑制剂与磷酸酶活性位 点的特殊相互作用带来的，而非是由于对磷酸酯p k a 值的影响。也有研究认为 氟的引入主要是因为由于氟原子可以与周围的氨基酸残基形成类似于磷酸基 团的氢键，使抑制剂的活性有了大幅的提高。这也说明磷酸基团虽然是抑制剂 的主要活性，但是其与磷酸酶活性位点周围残基的相互作用对抑制剂与磷酸酶 的结合亲和性也有很大的影响。不过对这于这一磷酸酶抑制剂中存在的0 【氟代 效应的作用机理，至今仍然存有争议。对这一现象的深入研究将会对磷酸酶抑 制剂的开发提供很多有重要价值的信息。 第一章文献综述 敖类抑制荆嬲于与磷酸黪的底物结构类似，因此专性和亲和链都比较 好，但是氇有一黧潜在懿闻题。获类摔索剂在体内易永辩，虽不易穿遵等离子 体膜，因此，在药物开发中一般不提倡开发多肽类的药物。于是，很多工作集 中到了有选择性的小分子非肽必抑制剂的药物开发中来，弗开发出了宥定活 毪瓣纯合携。毽这些霜搀含鸯芳香磷酸酸憨绽舍镌戆滔健每获类撺潮蘩稳逡， 活饿仍然偏低。研究表明，这魑芳香磷酯擞化合物( 如他含物2 2 a - 2 4 ，瞄4 ) 的l 值大多在胁m 范围内，岛肽类抑制剂一样可以被p 1 甲l 水解。 1 0 l m u s h y 等l l 硼缝合分子模拟方法进行了p t p l b 抑制剂嬲开发，主簧考查了 苯裁甲基( 表1 5 ) 秘瓯二戴苯亚甲茎( 袭1 6 ) 罄分静结梅变纯对灞髓豹影 响，并对此类抑制剂与磷酸酶的结合方式谶行了分子模拟研究( 图1 5 ) 。 t a b l e1 5 。s t r u c t u r ea n di n h i b i t i o nc o n s t a n t so f a r y l o x y m e t h y l p h o s p h a n a t e sw i t hp t p i be n z y m e 【1 3 l 垦竺坐巳! ! ! 照垒! ：旦! ! 星! 釜b m ) 2 5 a 伊 3 3 _ - - 田2 2 5 b 心 班翘。1 z s c 姆x 令 蝴蝴0 0 5 2 5 d 岔 ”蜘2 f 1 3 蜘 毡歹 z 5 e 8 ”m - 0 4 h ：0 0 9 表1 5 中化含物2 5 c 表现出了较高的活性，模拟显示该化合物与磷酸酶的 绩余方式与其它识会物不同，纛主要逶过第二令苯氧甲綦磷酸酯与磷酸瓣孛由 t y r 4 6 ，a r 9 4 7 ，a s p 4 和v a l 4 9 等栽基构成的疏承性口_ 袋闻静疏承相互律瘸袭现其 活饿。 镭趣 o 第一章文献综述 t a b l e1 6 s t r u c t u r e sa n di c 蛐( p m ) v a l u e sf o rb e n z y l i cn ，a d i f l u o r i n a t e d c o m p o n e n t sw i t hp t p l be n z y m e 【1 3 l 了h 2 62 7 州7 、 引：h m 娩 a l a 2 1 7n h f c f 一一h np h e l 8 2 引浆爿一芝0 。f 咄：j ”2 奄卜n h 2aa 怛1r9221n h - o og 心 h ，带” 。哗 f i g 1 5 s c h e m f i cr e p r e s e n t a t i o no fi n t e r a c t i o n sb e t w e e nc o m p o u n d2 6 aa n d 2 7 aw i t hi v r p l ba c t i v es i t er e s i d u e s 1 3 1 化合物2 6 a 和2 7 a 也表现出了较高的活性。m u r t h y 等建立的相互作用模 型如图1 5 所示，他们从中分析认为，抑制剂的磷酸基团、氟原子和疏水性部 分分工不同，在相互作用过程中均发挥着重要的作用。 在化合物2 5 c 中含有两个磷酸酯基团，并且表现出了较高的活性。很多研 究认为，第二个磷酸酯基团可以结合于磷酸酶的识别位点，有利于提高药物的 专一性。除m u s h y 等的工作以外，h u i j s d u i j n e n l l 4 1 和z h a n g t m 等也开发出了一 些这种含有双磷酸基团的化合物，如图1 6 所示。 第一章文献综述 2 8 e 1 0 = 0 9 3 p m o 、p h h q 户 ：球埘洲 2 8 f k i = 2 4 p m 2 s g k j - - 45 p m f i g 1 6 s t r u c t u r e so f s o m ed i f l u o r o p h o s p h a n a t e c o n t a i n i n gp 1 1 p 1 bi n h i b i t o r s 【1 4 1 5 l e m s t 等6 1 也对双磷酸酯抑制剂进行了仔细研究。他们研究的系列化合物 结构活性数据如表1 7 所示。他们认为抑制剂与p t p l b 的相互作用方式如图1 7 所示。a r 9 4 7 为磷酸酶的识别位点，而a r 9 2 2 1 周围为活性位点。 第一章文献综述 t a b l e 1 7 b i o p h o s p h o n a t ep r o t e i np h o s p h a t a s ei n l u i b i t o 一1 1 c h e r o i c a ls t r u c t u r eo fb z n e j j a m i d e 2 9 ab z n e j j a m i d e 2 9 bb z n e j j a m i d e 2 9 c b z n e ( m e t h y le s t e r ) j j a m i d e 2 9 db z n g j j - a m i d e 2 9 ee j j a m i d e 2 9 fb z n - e j j a c i d s s s r r r s s s s s s ，s s s s s 5 - t 2 1 0 l o 2 0 0 6 1 1 1 + 1 4 0 ：l - 4 1 9 2 f i g 1 7 s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h er e s i d u e si n t e r a c t i n gw i t ht h eb o u n d i n h i b i t o r h y d r o g e nb o n di n t e r a c t i o n sa r es h o w na s r e dd o t t e dl i n e s h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n sa sb l u es e m i c i r c l e s 【1 6 1 上面各种磷酸酯类抑制剂的一个非常突出的特点是，d , c c - - 氟亚甲基在提 高这些化合物的活性方面扮演了一个非常重要的角色。其实早在2 0 世纪8 0 年 代，b l a c k b u r n 和m c k e n n a 等已经指出，a 卤素( 尤其a 氟) 在磷酸酯中是超级 生物等排体。b l a c k b u m 等还对氟原子的引入对磷酸酯的p k a 值的影响进行了 镒 o r f腾魄 。小乞 。一。 0 第一章文献综述 研究。结果如图8 所示。 囚畸四日囡口四 p k - 6 5 p 1 0 7 5 - 8p k 。- 6 , 5p i ( - 5 , 5 - 6 s t e r t e a l 6 ，l e a s tm a t c h a d 2 h a 盹i s o p o l a r d i t n a n c l n g c 5 。k 确。 i i r h o q i i b s g m 引a c k b u m 、厂j i 1 y a 四m - b o n a r o p o f a n l a l ? f i g 1 8 ( f l u o r i n a t e d ) p h o s p h o n a t e sa s p h o s p h a t ei s o s t e r e s “刀 图1 8 结果显示，婢氟代磷酸酯与磷酸酯的p k a 值一致。b e r k o w i t z 等1 参考这些数据分析认为，虽然c t , c t - 双氟代磷酸酯在磷酸酶抑制剂中表现出了很 高的生物等排活性，但是单氟代磷酸酯可能是更好的生物等排体，这是因为： ( 1 ) 降低了p k a 值，有利于抑制剂与酶的结合；( 2 ) 增大了c c x 2 一p 二面角5 ( 3 ) 可能会形成c f 一h x 键：( 4 ) 单氟是氢的最好的立体等排体( 在二氟 代磷酸酯中，c - f 键长约为1 3 一1 5 a ，比相应的c h 键约长3 0 - 5 0 。) 但 是事实是否如此，还需要更多的研究工作来证实。让人有点意外的是，对双氟 代膦酯类抑制剂进行大量研究的同时，对比其结构稍简单一些的单氟代磷酸酯 的研究报道却很少。 非磷酸酯类抑制剂 以含磷酸化结构作为p t y r 类似物设计中的磷酸基团的取代部分，可以得 到很多具有p t p 抑制活性的化合物。但是由于磷酸化部分的离子化特点，磷酸 酯类化合物难于穿过细胞，因此在将这类化合物用作药物时，生物利用度比较 低。要设计生物可用且具有较高的生物活性的抑制剂，是磷酸酶抑制剂设计中 需要越过的一个中心问题。 一种方法是用丙二酸取代磷酸酯结构。分子模拟显示，丙二酰基羧酸酯体 系可以同磷酸酯一样有效地与p t p 的活性位点相互作用。b u r k e 等对这类化合 进行了一些研究，部分结构如图1 9 所示。其中化合物3 0 a - 3 0 c 与2 1 b 和2 1 c 非常相似，都是在p r r p l 的最小底物的基础上设计。环肽化合物3 1 b 对p 1 p 1 表现出了较好的活性。 第一章文献综述 o p 蠢 0 。 雾； 盼n 乓赢 0 翮_ a 盯m i 自幻q i i j 嘲e 碍酗u 时x = h i c r , o = l o p m bf o m t ( n u o 洲= ) x = f i c w = i i j m 鼢精| 3 硎 扣p 一椭一壳单g 妇嵌瑚3 8x = o m t 嘲p s 孑二黝渊 f i g 1 9 s t r u c t u r e so fs o m ep r p li n h i b i t o r sw i t hd i c a r b o x y l a t es t r u c t u r e sa s p h o s 曲a t er e p l a c e m e n t st o 舜弦o f p t p lm i n i m a lf a v o r i t es u b s t r a t ef 潮 图1 1 0 中列出了其它一些以羧酸基团作为抑制剂活性位点的化合物的结 梅及它 f 】戆活性数摇，其孛部分像会甥氇表瑰凄了嶷努的锩终磷酸酶捧剿活 性。 卜o h 氏一o h 锐 嘞n h 3 2 a ，i 黧8 d d 柏嘴l 3 2 哇b , 2 鲰- ( 罐o x o o y a 州l y t a 州”p 的愀32cpm k 晦却m k扫8ac蚶；婚200pm 吼。p m 馘誊篓警毒唧“岫娥 魄脚。2 5 删铽站f 翰鹾 墨 第一章文献综述 断。 砍 西 3 2 h ，c i n n e r n i c a c i d d e d v a t i v e s i c s o = 7 2 n m 3 2 1 p y r r o lp h e n o x y p r o p i o n i c a c i d3 2 j 3 r - c a r b o x ( o - c a r b o x y m e t h y n -3 2 k er t l p r o t a f l b ( p h a s e i i 出n v a t t v e s i c e o = 9 0 n m l y r 0 6 m ed e r l v a t i v e 6 k j - - 8 7 0 n m d i s c o n t i n u e d ) i c 5 , o = 3 8 4 n m 3 2 1 n n c - 5 2 1 2 3 6 ，k j = 8 7 0 r c u la m a - 3 6 6 6 9 0 1 k i = 7 7 n m 3 2 0 1 2 - n a p h t o q u i n o n ed e r i v a u v 矗 i c r m = 6 5 0 n m f i g 1 1 0 s o m ep t p l bi n h i b i t o r s w i t hc a r b o x y l a t es t r u c t u r e sa sp h o s p h a t c r e p l a c e m e n t s 【1 4 t 1 5 1 除了以羧酸作为磷酸基团的取代基，人们也在尝试用其它的基团作为替代 类似物。h u a n g 等“柳成功设计和合成了一系列新的三氟甲基磺酰类化合物和三 氟甲基亚磺酰氨基化合物，如表1 8 所示。 2 0 、 。窖 第一章文献综述 3 5 d f 焱s ，e n 。 f 淹m o 。d 掩 旷、吱县 吨、 p 。玎。秽x 2 职b“d 。b