【Discovery Studio应用案例】通过分子对接对太平洋白虾全蛋白序列黄嘌呤氧化酶抑制肽的虚拟筛选和结构优化-BIOVIA Discovery Studio-生物仿真分析-软服之家

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Discovery Studio

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随着我国日益发展，人们物质生活水平的提升，餐桌上的种类也逐渐丰富，但随着饮食结构的变化，罹患通风的人数也逐渐增加。高尿酸血症由长期嘌呤代谢紊乱引起，其特征是尿酸升高可导致痛风、高血压和其他并发症。据《2021年中国高尿酸血症与痛风趋势白皮书》数据显示，近年来，我国高尿酸血症呈明显上升和年轻化趋势，中国高尿酸血症的总体患病率为13.3%，患病人数约为1.77亿，痛风总体发病率为1.1%，患病人数约为1,466万。基于线上用户调研显示，18-35岁的年轻高尿酸血症及痛风患者占比近60%。广泛存在于各种生物体中的黄嘌呤氧化酶（XO）是参与尿酸合成途径的关键酶之一，它在嘌呤代谢中起着重要作用，并直接调节尿酸的产生。

虽然目前含有别嘌呤醇和非布司他的常规药物已被用作具有痛风症状的高尿酸血症的传统治疗方法，然而这些药物具有不同的副作用，因此开发一些高效且副作用小的新型天然XO抑制剂一直是缓解高尿酸血症的热点。来自中国海洋大学食品科学与工程学院的毛相朝教授使用Discovery Studio软件通过分子对接来对太平洋白虾全蛋白序列黄嘌呤氧化酶抑制肽进行虚拟筛选，然后获得了一个IC50为9.78 ± 0.13 mM的强活性抑制剂。下面让我们看看毛教授这篇文章是怎么做的吧。

生物活性肽是有一种以20种天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的总称，具有不同的生理功能，如抗菌肽、神经活性肽、免疫活性肽、呈味肽等。近年来，生物活性肽的相关研究很多，随着越来越多的文献报道，生物活性肽的种类和功能也变得越来越多。

毛教授课题组通过文献检索得到了5795个生物活性肽，许多研究表明，XO抑制肽是一种小分子肽，且存在于各种食物中，如牛奶，大米、核桃和海鲜中，因此从上述5795种生物活性肽中选出1330种寡肽作为XO抑制肽的虚拟筛选数据库。然后将这些1330种寡肽与XO酶（PDB ID：1N5X）进行对接，以其一级配体TEI的对接能值为阈值（TEI是一种极有效的XO酶抑制剂），筛选潜在的XO抑制肽。最后，通过虚拟筛选获得了约653个潜在的XO抑制肽。然后将上述653个潜在的XO抑制肽与太平洋白虾（NCBI ID：10710）的全蛋白序列进行Blast，经过比较后选择了1671个结构上与653个潜在XO抑制肽相似的肽与XO对接，并通过分子对接打分和分析对接相互作用筛选了前几个XO抑制肽。接着通过HK-2等试验对分子对接打分排名靠前的15个候选肽进行了体外、体内的活性验证。

通过分子对接筛选的前15个肽的活性数据如下：YNITGW (755.93 Da, IC50 = 9.78 ± 0.13 mM), GDEY (482.49 Da, IC50 = 20.67 ± 0.30 mM), AGDY (424.45 Da, IC50 = 21.82 ± 0.15 mM), PDARG (514.53 Da, IC50 = 35.01 ± 1.18 mM), YGDE (482.49 Da，IC50 = 47.34 ± 1.55 mM), VTGW (452.51 Da, IC50 = 118.68 ± 4.84 mM), 以及 EDDDA (563.48 Da, IC50 = 259.46 ± 11.91 mM) 。不难看出，通过分子对接筛选到的XO抑制肽在C端或N端都具有疏水或芳香族氨基酸，这证实了芳香族或疏水氨基酸在XO抑制肽中起主要作用，其中YNITGW在这7种肽中活性最高。一方面毛教授课题组通过分子对接+试验验证的方式得到了最高活性的多肽，另一方面也从侧方面证实了通过Discovery Studio软件的CDOCKER进行分子对接能够有效筛选到我们想要得到生物活性肽。

由于先前研究表明，一些含有疏水性氨基酸、芳香族氨基酸（Trp，His，Tyr和Phe）能显示出更高的XO抑制活性，另外有研究证实， Trp（W）和Trp-Val（WV）对XO的抑制活性主要归因于Trp残基，且增加肽中Trp残基的量可有效增强肽的XO抑制活性。因此这篇文章还对筛选得到的YNITGW在不同位置添加不同数量的Trp残基进行修饰，并通过分子对接模拟分析潜在活性，如下图所示。