苯磺酰胺类抑制剂与CAIX的结合机制

朱文友，张东华，李丹丹，庄文昌，高美华

（徐州工程学院 材料与化学工程学院，江苏徐州 221111）

人类器官由各种细胞组成，细胞的生长和分裂对人类的健康至关重要。细胞有序增殖和分裂是人类保持健康的前提，当细胞不受控制地分裂，细胞就有可能会不断变异形成癌细胞。癌细胞周围的组织蔓延到其他部分，形成肿瘤。癌症目前已成为一种常见的涉及多种器官的恶性疾病[1]。

碳酸酐酶IX（CAIX）是碳酸酐酶（CA）的一种异构酶，它是一种与肿瘤相关的抗原，在细胞的增殖以及肿瘤的形成过程中起到一定的作用，并且和肿瘤的乏氧代谢密切相关。因此，CAIX已成为研究癌症治疗方法的一种靶点。

本文以CAIX为受体蛋白质，以苯磺酰胺作为抑制剂母体结构，构建了30种不同的CAIX抑制剂化合物，采用AutoDock4.2[2]分子对接软件将30种抑制剂小分子配体分别对接到CAIX的活性中心，获得了CAIX与抑制剂结合的最佳构象。得到的抑制剂和CAIX活性中心的作用机制对设计新型选择性CAIX抑制剂具有一定的指导作用。

1 计算方法

1.1 分子对接

CAIX在蛋白质数据库中的代码为6T5P，首先从蛋白质数据库中下载CAIX的晶体结构。使用Chimera[3]软件对CAIX进行结构处理，删除杂原子和水分子，随后用AutoDock4.2对预处理后的CAIX结构添加氢原子，作为分子对接的受体。对接过程中，Grid参数设置为x=60Å、y=60Å、z=60Å，以0.375Å作为格点间隔，对接采用拉马克遗传算法[2，4]

1.2 苯磺酰胺类抑制剂分子的构建

基于3,5-二叔丁基苯磺酰胺，构建了30种苯磺酰胺类抑制剂分子。使用AutoDock4.2对30种苯磺酰胺类抑制剂进行加氢处理作为配体小分子，对接过程中，所有可扭转共价键设置为扭转。

2 结果与讨论

2.1 抑制剂分子与CAIX最佳复合体

运用AutoDock4.2将30种不同的苯磺酰胺类分子分别对接到CAIX的活性中心，将得到的对接构型在CAIX的活性中心进行了重叠，得到了30种抑制剂分子与CAIX结合的最佳复合体，如图1所示。由图1可知，抑制剂分子中的疏水性基团与活性中心中 的 TRP4、TYR6、GLN89、THR196、THR199、TRP208等疏水性残基形成了疏水作用区域，使得抑制剂分子的疏水性基团被包裹在疏水口袋中，有利于构象的稳定。

图1 1～30号抑制剂分子与CAIX最佳复合体

30种抑制剂分子和CAIX的结合能、静电能、扭转键能及抑制常数等如表1所示，抑制剂与酶的结合能的越大，对接结果越好[5]。5、6、7、30号分子与CAIX的结合最稳定，结合能分别是-30.300、-38.469、-41.274、-30.516kJ/mol。1、20、21、22 号分子与CAIX的结合能较小，结合能分别是-22.856、-23.358、-21.725、-21.642kJ/mol。

表1 抑制剂分子与CAIX结合能

续表

2.2 抑制剂分子与CAIX结合典型结构分析

选取每个对接结果中的一个典型构象，对30种抑制剂分子与CAIX相互作用的机制进行分析，如图2所示。抑制剂分子与CAIX活性中心残基和金属离子形成的氢键和配位键有利于底物的稳定性，从而提高抑制剂的活性[6-7]。从图2看出，抑制剂氨基上的H与THR198上的O形成氢键，活动中心的Zn2+与抑制剂分子形成了配位键，使抑制剂分子能够稳定的结合在CAIX的活动中心。

图2 1～30号抑制剂分子与CAIX结合典型结构

3 结束语

CAIX是一种与肿瘤相关的抗原，对细胞的增殖以及肿瘤的形成具有一定的作用，并且和肿瘤的乏氧代谢密切相关。使用AutoDock4.2分子对接软件将30种抑制剂分别对接到了CAIX的活性中心。对接结果表明，CAIX通过活性中心残基与抑制剂形成的氢键和Zn2+与抑制剂形成的配位键，将抑制剂分子结合在CAIX的活动中心。5、6、7、30号分子与CAIX的结合最稳定，结合能的绝对值分别是-30.300、-38.469、-41.274、-30.516kJ/mol。