前言

丝虫病的临床表现轻重不一，在流行地区可有50%～75%的“无症状”的感染者。马来丝虫主要寄生在浅部淋巴系统，引发严重的四肢淋巴管炎和象皮肿。谷胱甘肽-S-转移酶（GST）是治疗由马来丝虫感染所导致的淋巴丝虫病的重要靶标。该酶发挥的主要作用是解毒，以及转运一些重要的亲脂性化合物。GST在保护组织以抵御氧化侵害及氧化压力中也有重要作用。

GST是一个二聚体多功能酶，是由两个208个残基的单体组成，分子量为45～50 kDa。人类也有GST酶（PDB_ID：19GS），但是人源的GST酶与线虫的GST酶（PDB_ID：5D73）结构差异很大。因此选择GST酶作为抑制马来丝虫的靶标是安全无毒害的。

实验流程

研究使用对接筛选的方法从ZINC数据库中发现结构新颖的GST酶抑制剂。首先使用同源模建的方法构建了马来丝虫的GST酶。然后选择ZINC数据库中分子质量在35～350、xlogP值在-4～3.5的阿苯达唑和乙胺嗪类似物进行筛选。先使用FRED进行对接筛选，得到打分值chemgauss4较大的前12个化合物。接着选择前5个化合物使用AutoDock进行对接，并与已知抑制剂阿苯达唑和乙胺嗪的作用方式进行比较。

图1 虚拟筛选流程

实验结果

1. 同源模建结果

从NCBI数据库中下载马来丝虫GST酶的氨基酸序列（XP_001898233.1），然后使用BLASTp进行序列比对，发现班氏丝虫GST酶（PDB_ID：5D73_A）的氨基酸序列与马来丝虫GST酶的氨基酸序列的相似性高达100%。因此研究从PDB数据库中下载班氏丝虫GST酶的晶体结构作为模板来进行马来丝虫GST酶抑制剂发现的研究。

图2 序列比对结果

2. 活性口袋的确定

同源模建得到的马来丝虫GST酶在进行对接筛选之前需要确定活性口袋。研究选择两种方法—LigPlot和CASTp来确定活性口袋。蛋白质的预处理使用OpenEye的“Make Receptor”模块进行。通过与文献报道的活性口袋周围关键残基的比对，发现研究确定的活性口袋是准确的。因此，基于确定好的活性口袋进行对接筛选。

   表1 研究确定的活性口袋残基与文献报道的活性口袋残基

3. 虚拟筛选结果

研究使用OpenEye的对接模块FRED进行筛选。对ZINC数据库的5384个化合物分别进行对接，选择对接打分Chemgauss4值在-9.50～-11.37的化合物。接着选择打分值小于-10.00的5个化合物进行再次对接。使用AutoDock软件进行再次对接，并与已知抑制剂阿苯达唑和乙胺嗪的对接结果进行比较。通过比较结合自由能，发现化合物ZINC00179016 的结合自由能最小，比两个已知抑制剂的结合自由能（-2.84和-6.32 KJ/mol）都小，可以表明化合物ZINC00179016与靶标蛋白之间相互作用较强，结合紧密度高。因此化合物ZINC00179016是最有可能发展成一个新型的马来丝虫GST酶抑制剂。

表2 FRED对接结果

表3 重对接结果

图3 对接筛选命中的前5个化合物的对接结果图

   （a. ZINC08385519 b. ZINC00179016 c. ZINC19335442 d. ZINC00208549 e. ZINC13124456）

4. 结论

丝虫主要分布在卫生条件不好的热带和亚热带地区，人类一旦感染就会造成急性期过敏和炎症反应（淋巴管炎、淋巴结炎等），以及慢性期阻塞性病变（象皮肿、乳糜尿等），从而严重威胁到人类的生命健康。因此发现新型的抑制丝虫生长的抑制剂是非常重要的。研究发现GST酶是抑制丝虫的重要靶标，所以针对GST靶酶发现一些抑制剂可以有效缓解丝虫病。研究使用同源模建的方法构建了马来丝虫GST酶，然后进行对接筛选从5000多个化合物中发现了5个最有可能的抑制剂结构。其中化合物ZINC00179016和ZINC08385519的结合自由能比已知抑制剂的结合自由能低，可能抑制活性比已知抑制剂还要好。后期会针对命中的这些化合物进行生物活性测定，来确定它们对马来丝虫的抑制活性。

使用模块：Make Receptor、OEDocking(FRED)

参考文献

1. Siva Prasad Venkata Satya Chekkara, Priya Ranjan Kumar. Virtual screening and docking of lead like molecules against Glutathione-S-Transferase protein from Brugia malayi [J]. Bioinformation, 2018,14(9): 554-559.