流感病毒神经氨酸酶林源抑制剂筛选及作用机制研究

With the development of separation and purification technologies as well as bioactivity researches, a lot of plant secondary metabolites (especially flavonoids) have been isolated from forest sources and validated with the obvious anti-influenza effects. Many of them have been considered as the potent anti-influenza lead compounds. In this work, docking, molecular dynamics and density functional theory methods were combined to analyze the conformations of neuraminidase inhibitors in gas phase, aqueous solutions and enzyme's active site, then to explore the active form of inhibitors in neuraminidase-receptors. The respective contributions of each core template and functional group during the binding processes were also evaluated. The nature differences of the active sites among various subtype neuraminidases of influenza, even the varied subtypes, were explored via the structural bioinformatic technologies. On such basis, a series of methoxyflavone analogues were designed starting from novel flavonoid inhibitors screening in forest sources, aiming to discover the novel antiviral agents from plants and contribute to the in-depth understanding on the interacting mechanisms between neuraminidases and plant inhibitors, as well as the high-value development and utilization of medicinal plants from forest resources and the biomass.

随着分离纯化技术的发展和活性研究工作的深入，许多林源植物次生代谢产物(尤其黄酮类成分)被提取并证实具有良好的抗流感病毒效果，很多化合物已被认为是有潜力的抗流感病毒先导化合物。本工作运用分子对接、分子动力学和密度泛函等理论方法，深入研究病毒神经氨酸酶植物源抑制剂在气相、水溶液和酶活性腔中的构象变化，抑制剂在酶受体中的活性构象以及抑制剂母核和各功能团对活性的不同影响；通过结构生物信息学技术研究不同亚型乃至变异的神经氨酸酶活性腔的性质差异。在此基础上，从林源植物黄酮成分中筛选新颖的抑制剂，以之为初始底物，设计一系列的甲氧基黄酮衍生物，并运用分子对接和分子动力学方法进行筛选和作用机制的研究，以挖掘出抑制效果更佳的、新型的植物源抗流感病毒药物，为深入理解植物源抑制剂与神经氨酸酶之间的作用机制和发现新型抗流感病毒药物提供重要的理论依据，促进森林药用植物资源和生物质高值化的开发与利用。

目前，多酚类、黄酮类化合物的抗流感病毒机理研究的比较清楚。由于植物药具有对人体不良反应少、耐药性低等特点，从而使得此类抗流感病毒药物极具市场竞争力，相应的研究和开发具有重要的现实意义。本项目运用分子模拟和活性实验相结合的方法，深入研究神经氨酸酶抑制剂的生物活性构象、活性构效关系；理解各类型、变异的神经氨酸酶活性腔结构、性质差异。在此基础上，从林源植物次生代谢产物中筛选、设计新颖的抑制剂。研究结果表明：1) 现有神经氨酸酶抑制剂的活性构象为兼性构象，应设计容易在水溶液中形成兼性构象的抗流感病毒药物，这将有助于提高药物的口服生物利用度。2) 现有神经氨酸酶抑制剂的结合过程中，母核而不是功能团起到了主要作用，抑制剂的结合质量则很大程度上由母核和功能团之间的协同效应所决定。此外，后续的抗流感病毒药物设计需要充分考虑药物的手性。3) 残基变异可以改变活性腔关键残基(例如，R118、R292和R371)侧链的空间取向，从而影响了活性腔的结构、表面电荷性质，但不一定会影响神经氨酸酶对药物的敏感性。残基变异可对不同类型的神经氨酸酶造成相似的结构、配体结合性质变化，这解释了流感病毒为何具有交叉抗药性；同时结构、配体结合性质变化的差异，验证了残基变异存在亚型特异性。4) 从黄芩、核桃楸组分中分别筛选了9、5种先导化合物，并基于这14种化合物与神经氨酸酶的作用机制，建立了相应的活性构效关系，提出了合理的修饰方向。此外，研究了9种灵芝酸与神经氨酸酶的结合模型，设计了1种十肽(YIHAEAYRRG)和1种六肽(HAEAYR)神经氨酸酶抑制剂。5) 针对新型的H7N9流感病毒，研究了其对现有药物的敏感性，并且进行了针对性的先导化合物筛选、修饰。在项目的支持下，取得了预期成果，发表SCI文章8篇。这些研究成果可为深入理解植物源抑制剂与神经氨酸酶之间的作用机制和发现新型抗流感病毒药物提供重要的理论依据，并可促进森林药用植物资源和生物质高值化的开发与利用。