比伐卢定的简介

水蛭（hirudo）为水蛭科动物蚂蟥（whitmania

pigra

whitman）、水蛭（hirudo

nipponica

whitman）或柳叶蚂蟥（whitmania

acranulata

whitman）的干燥全体，具有破血、逐瘀、通经作用，用于症瘕痞块、血瘀经闭、跌扑损伤［1］治疗。作为常用的活血化瘀中药，水蛭在临床广泛用于脑血栓、冠心病、脑水肿等疾病的治疗，其有效成分主要为一种抗凝血物质，名为水蛭素（hirudin）。它能阻止凝血酶对血小板的作用，抑制血小板受凝血酶的刺激而释放，从而延缓或阻止血液的凝固［2］。研究表明，水蛭素是由65个氨基与3个二硫键组成的多肽，分子量约为7

000［3］，在干燥状态下稳定存在室温下，在水中稳定存在6个月，80

℃下加热15

min不被破坏提高溶液的ph值，其稳定性下降20

℃下，在0.1

mol/l的hcl或naoh中可稳定15

min［4］。

水蛭素与凝血酶的亲和力极强，1

μg水蛭素可中和5

μg凝血酶，相应摩尔比为1∶1，即中和一个国际单位（nih单位）的凝血酶需要一个抗凝单位（iat-u）的水蛭素。根据以上摩尔比，以水蛭素含量为指标，对不同浓度、温度及提取时间的水蛭提取物进行比较，选择最佳工艺路线，并确定水蛭提取制备工艺。

1

材料与方法

1.1

实验材料

1.1.1

仪器

sigma单道移液器；re-52a型旋转蒸发器（上海亚荣公司）；sigma

4k15

高温冷冻离心机；自动酸碱滴定仪dl53mettler

toledo

switzerland。

1.1.2

药物与试剂

水蛭购于北京松兰中药饮片有限公司，经北京松兰中药饮片公司主任中药师蔡长德鉴定为水蛭科动物蚂蟥干燥全体；纤维蛋白原（fibrinogen）:sigma凝血酶（thrombin）:sigma。

1.2

实验方法

1.2.1

水蛭素的测定方法

取纤维蛋白原0.25

g，溶于50

ml的tris-hcl缓冲液（ph≈8）中，得0.5%的纤维蛋白原溶液。稀释凝血酶到5

nih/ml。取0.2

ml纤维蛋白原溶液，加入20

μl水蛭素提取液，并加入凝血酶至凝固，得水蛭素含量=（凝血酶浓度×凝血酶用量）/水蛭素提取液体积。

1.2.2

乙醇浓度的选择

称取水蛭粗粉10

g，分别用不同浓度的乙醇进行提取，乙醇的含量为0，30%，50%，70%，90%，提取温度定为60

℃，提取时间1.5

h，过滤，回收乙醇，样品定容为25

ml。分别测定样品中水蛭素含量。水蛭素的测定可依据其与凝血酶按1∶1结合的原理，采用以上方法测得。

1.2.3

温度条件的选择

由于水蛭素只能在80

℃下稳定存在15

min，所以在选取温度时，应尽量避免温度过高造成水蛭素失活。所以本实验选用在50

℃，60

℃，70

℃下分别进行。称取水蛭粗粉10

g，采用70%的乙醇于3个温度各提取1.5

h，并采用同样的方法测定水蛭素含量。

1.2.4

提取时间的选择

称取水蛭粗粉10

g，用70%的乙醇，在60

℃下分别提取1

h，1.5

h，2

h。分别测定提取样品的水蛭素含量。

2

结果

2.1

乙醇浓度的选择

从表1的数据可以看出，不同浓度的乙醇对水蛭的提取效果有较大的影响。从水蛭素的含量来看，随乙醇浓度的提高，其含量不断增加，在70%~80%的乙醇浓度下，获得较好的提取效果。由于水蛭素是一种可溶于水和乙醇等有机溶剂的蛋白质，所以综合两种因素考虑，70%~80%的乙醇浓度是较好的提取浓度。表1

不同浓度乙醇的提取结果

生蛭石的应用：Tg3号（3.5-7mm），Tg4号（1-3.5mm）主要用于建筑、造船、冶炼、炼油、化学工业、改良土壤等。Tg5号（1mm以下）用于防火板、防火涂料中起遇火膨胀隔热防火的作用。

膨胀蛭石的应用：广泛用于房屋保温材料，家用冷藏器，隔音灰泥，保险柜和地窖衬里，管道、锅炉的护热衣，汽车、飞机、冷藏库、墙板水冷却塔、钢材退火、灭火器、过滤器、油地毡、屋顶板，介电闸板、糊墙纸印刷、户外广告、油漆、照相软木板用的防火卡片纸、金黄色和古铜色油墨，油漆的外补充剂，防火涂料中的填充料等。

实用举例：1:把膨化蛭石铺于楼顶，可以起到很好的隔温效果，使楼舍冬暖夏凉。用蛭石砖砌成高层建筑的隔墙板，可以起到隔音、防火、防潮等作用，又可减轻楼层负荷。2:蛭石用于温室大棚内，具有疏松土壤，透气性好，吸水力强，温度变化小等特点，有利于作物的生长，还可减少肥料的投入。在刚刚兴起的无土栽培技术中，它是必不可少的原料。3:蛭石和适量的绝缘胶混合，可制成绝缘板。4:目前蛭石也用于医药卫生、动物饲料等行业。

蛭石防火板：蛭石防火板是在特定条件下，通过一种粘合剂和化学添加剂把粒状矿物膨胀蛙石粘结起来使之成型，得到半成品板，然后通过多组专用加工设备对半成品板进行各种精细加工得到成品板。该技术综合了有机无机复合热压成型、天机复合粘接冷压或热压成型的长处，具有以下特点：①全无机复合配方，从根本上消除了有机粘合剂存在的高温破坏和烟气及长期稳定性差等问题，产品防火消烟性能突出，达到国际***高等级(A-15)；②工艺上集人造板和矿棉板生产设备之优势，组成产品专用流水线，把影响产品质量的因素减小到***低限度，且易于控制，从而提高生产效率和产品合格率。该产品已用于吊顶板、隔墙板和其他专业用板(包括防火隔热用板、家具、造船等)，在人造板厂或矿棉板厂有批量生产。

从进化的历史看，各类动物都比人类出现得早，人类是动物进化的最高级阶段，从这个意义上说，没有动物就不可能有人类。同时，由古代类人猿进化成人类以后，人类生活所需要的一切都直接或间接地与动物有关，离开了动物，人类就无法很好地生存。

（1）动物为人类生活提供了丰富的物质资源

丰富的动物资源是大自然赐给人类的物质宝库。时至今日，仍有靠猎取动物为生的民族，如巴西东南部游牧的高楚人。有许多国家，动物资源是维持国计民生的支柱。澳大利亚一向以“骑在羊背上的国家”而著称。号称“沙漠之舟”的骆驼，多少世纪来一直是阿拉伯人赖以取得衣食的重要来源。

随着社会的发展和进步，人类对食物的选择性越来越强。从祖先的茹毛饮血、饥不择食，到后来变成以植物性食物为主，今天又转向以动物性食物为主，并从含脂肪较多的肉食转向含蛋白质较多的肉食。

我国的动物蛋白质来源，多数地区以猪肉为主，部分地区以牛、羊肉为主。另外，家禽的肉、蛋也是动物蛋白质的重要来源。

在动物蛋白质中，鱼肉的比例仅次于上述肉类。鱼肉是最好的动物蛋白质食物。目前，全世界每年的捕鱼量为7000万～7500万吨，占人类食用蛋白质的1／5。

动物资源日益减少的今天，人口又在不断增长，人类需要更多的动物资源，我们应该怎么办呢？

目前，海洋捕捞活动主要集中在水深约200米的近海水域，占海洋水域的7％～8％。有人估计，海洋为全人类储备了可用1000年的资源。因此，开发海洋，向海洋要食物，是人类生存发展的重要出路。

近来，不少人提出将昆虫作为食物来源。昆虫种类多，数量大，而且有较高的营养价值。我国食用昆虫有悠久的历史，如3000多年前就有食蚁子酱的记载。据说唐朝时期在山东发生了严重蝗灾，唐明皇亲临灾区，一边帮助农民灭蝗，一边烧起了大油锅，将捉到的蝗虫倒入油锅中炸，还亲自当众尝蝗。以后，尤其在北方，食蝗之风由农户吹到酒楼馆堂，已成为餐席上的美味佳肴。再发展到后来，龙虱、桂花蝉、蚕蛹、蚂蚁、蟋蟀、蝼蛄等都上了宴席。有人认为有3500多种昆虫可供人类食用，科学家预言，21世纪将是昆虫美食世纪。

人类除了寻找新的食物来源外，还要利用现代科学技术发展养殖业，提高家畜的生产能力，为人类提供更多的食物。另外，还可以扩大养殖范围，例如，鸵鸟原来是野生的，经过人工驯养后，现在已可以家养，一股饲养鸵鸟热已在全世界掀起。

2）人类健康与动物的关系

保持身体健康、防病治病、延缓衰老是人们的愿望。在长期的实践中，人们发现很多疾病可用各种各样的动物来治疗，例如古人早就知道用医蛭吸瘀血，治疗肿毒疖疮等顽症。明代李时珍的《本草纲目》中记载的动物药有461种。

我国的中医药历史源远流长，广泛使用的动物药材很多，例如牛黄、鹿茸、麝香、龟板等等。外形丑陋的蟾蜍的耳后腺可制成蟾酥，哈士蟆、海马、水蛭、蜈蚣、土鳖虫等，也都是有药用价值的宝贵资源。

“牛黄解毒丸”、“六神丸”是著名的中成药，牛黄是这些药的主要成分。你知道牛黄是从哪里来的吗？原来牛黄就是牛的胆结石，因为牛的胆结石为黄色，所以称为牛黄。牛黄一般多生在10岁以上老牛的胆囊中，而牛患胆结石的机会只有千分之几，因为天然牛黄十分难得，所以，1克牛黄的价格要比1克黄金的价格高出几倍。不过科学家已能通过手术的方法，人为地在牛的胆囊中生产牛黄，现在牛黄的产量已大大增加了。

在动物园中，我们见过梅花鹿或马鹿等动物，它们的头上常常长着形状各异的角。它们每年都换新角，生长中的鹿角在骨心外包有带茸毛的皮肤。我们称它为鹿茸。鹿茸是一件宝贝，它可提高人体的活力，促进新陈代谢，特别是能增强大脑的机能，历代医书都把鹿茸称为“药中之上品”。此外，鹿肾、鹿血、鹿骨、鹿尾和鹿鞭等都可入药，真是“鹿身百宝”。但是，野生的梅花鹿已不足1000头，已成为国家一级保护动物。因此，要多产鹿茸和鹿肉，唯有发展人工养鹿。

麝是一种小型鹿类。麝香是雄麝的麝香腺分泌的一种物质，在中药中应用非常广泛，如“六神丸”、“麝香蟾酥丸”、“麝香膏”等均用它作原料。麝香有浓厚的香味，所以，它又是高级香水和香料的原料。

熊胆是珍贵的中药材，它具有消肝、润肺、健胃、镇静和解毒等功效。以往多为猎杀黑熊而取其胆囊，因而熊的数量急剧减少。为了保护野生资源，近几年，我国已有一些省份建立了人工养熊场，能在活体上取其胆汁。

穿山甲又叫鲮鲤，它是一种昼伏夜出的穴居动物。它打洞的本领很大。它先用前肢锐爪挖土，当洞穴中堆满挖松的土需要搬运时，它就竖起全身的鳞片，使土落到鳞片间的空隙中，然后身体向后倒退，把鳞片间的土推出去，这样反复进行，就好像一台凿洞穿山的机器，由此得名“穿山甲”。它还有一个绝招就是：最到强敌就把身体卷成球状，仅外露坚硬的鳞甲，使强敌无法下口。穿山甲以白蚁和蚂蚁为食，觅食时，它先用爪抓破蚁巢，再把长舌伸进蚁穴，许多白蚁就像糯米团粘芝麻一样粘在了舌上，成为它口中的美食。穿山甲的鳞片是很好的中药，有通经络、下乳汁、消肿止痛等功效。

不要以为海马是海里的马，其实它是一种鱼类，因为它的头形像马，所以称为海马。它的繁殖方式很奇特，每当生殖期到来时，雄海马的腹部充血，皮褶愈合形成一个育儿袋，雌海马将成熟的卵产在雄海马的育儿袋中，卵就在里边孵化成小海马。小海马发育成熟后，雄海马就像不倒翁似地前俯后仰，一条条小海马就从育儿袋中被逐渐喷了出来。海马可供药用，素有“南马北参”之称，意思是海马与吉林人参齐名，有健身、强心、止痛和催产等功效。

哈士蟆是东北地区产的中国林蛙。干制的雌性林蛙整体称为哈士蟆，晒干的输卵管称为哈士蟆油，是中药里名贵的补品，用于补虚、退热。因为中药对它的需要量很大，近来已有不少地方进行人工养殖。

蝎子是蜘蛛的近亲。因为它会螫刺人，所以常遭人们的憎恶和厌弃。其实蝎子以小虫为食，它直接或间接地消灭了许多危害人类的小虫，它的功大于过。而且，蝎子可做中药，称为全蝎，去毒的尾部称为蝎梢。它们可治疗小儿惊风抽搐、大人半身不遂等10多种疾病。蝎毒还能治疗流行性乙型脑炎。

蜈蚣既是毒物又是宝物。它有毒螯和毒腺，会伤人，但它又是宝贵的动物药材之一，有抗肿瘤、止痉和抗惊厥等功效。

癌症是使人不寒而栗的恶疾，人们谈癌色变。为了减弱和终止癌症对人类的威胁，成千上万的科学家在各个领域中日以继夜地探索着，海洋药物资源是他们研究的热点。科学家们已用海洋生物制取了很多药物。杂色蛤的提取物对肺癌细胞的生长有抑制作用；从海绵动物体内提取的一种物质可治疗口腔癌和宫颈癌，对白血病也有疗效；从加勒比海的柳珊瑚和软珊瑚中也提取到了抗癌物质。科学家发现鲨鱼很少得癌症，似乎对癌有天然的免疫力，将一些病菌和癌细胞接种于鲨鱼体内，也不能使其患病和致癌。这些发现，导致了人们对鲨鱼研究的兴趣。近年来，已从双髻鲨体表分泌物中分离出一种超强抗癌药物，从深海鲨鱼的肝脏中得到有抗癌作用的角鲨烯，还发现鲨鱼的软骨中有抗肿瘤的活性成分。科学家还从牡蛎、蛤、鲍鱼、海蜗牛、乌贼等动物体中找到了许多抗病毒的物质，可以治疗多种疾病。

我们平时吃剩的蟹壳和虾壳都被看成垃圾扔掉了，可是这些壳中有一种物质，叫甲壳质，也叫几丁质，它对人类非常有用。甲壳质广泛存在于昆虫和甲壳动物的硬壳及真菌、藻类植物的细胞壁中，自然界每年由生物合成的甲壳质约有数十亿吨，是地球上最丰富的有机物之一。目前，一股甲壳质的开发热正在世界范围内掀起，甲壳质在许多领域得到了应用。就医药领域来说，甲壳质可用作手术缝合线、人造皮肤、人造血管、伤口敷料、止血海绵、药物的载体及研制抗癌药等等。不起眼的甲壳质已变废为宝了。所以，海洋动物的甲壳质也是一种有价值的自然资源。

海洋动物千奇百怪，各有绝招。中国海洋中已知的海洋动物有1.2万多种，他们所蕴藏的数不尽的药物资源将会给人类带来更多的福音，创造更美好的明天。

可以看出，长期以来，许多动物为人类的健康作出了无私的奉献，成了人类健康的忠诚卫士。

3）动物为人类提供了丰富多彩的衣着原料

当人类对动物的了解越来越多以后，人们发现有些动物的“产品”，动物的毛皮、羽毛等物大有用途，可以成为美化生活的原料。

产丝昆虫的奉献 丝绸早已成为人们衣着的原料，人们穿上丝绸衣衫，会感到格外的舒适、凉爽，姑娘们穿上五彩缤纷的丝绸衣裙，更显得靓丽、飘逸。传说早在4000多年前，我国劳动人民就知道栽桑养蚕。在殷商时代，已能织出精美的丝绸。从此，养蚕、缫丝、织绸就成为我国一项传统的副业生产和出口行业。西汉时，张骞出使西域，就带去了不少丝绸。

柞蚕主要生长在辽宁、山东、河南一带，以栎树、槲树、柞树叶为主要食物。柞蚕椭圆形黄褐色的茧除可缫丝织绸外，它的丝还可制渔网、轮胎内芯、电线包皮等等，用途很广。

蓖麻蚕原来是生活在蓖麻植株上的野蚕，后经人工驯养而成。蓖麻蚕主要吃蓖麻叶，也食木薯叶或臭椿叶等。它的茧呈白色榧子形，茧顶有孔，故不能缫丝，只能作绢纺原料，也可与羊毛混纺，制成毛线或哔叽衣料。

天蚕也叫樟蚕，广东、海南岛一带居民常养此蚕。天蚕以樟树或枫树叶等为食。茧为褐色，它的丝质量最好，而且坚韧耐用，可做钓鱼线、外科手术线等。

樗蚕又叫椿蚕，它以臭椿、蓖麻、乌桕等树叶为食，幼虫身体为绿色，外被白色粘粉。茧呈灰褐色，其丝织品称为椿绸。

不论是家蚕，还是蓖麻蚕、柞蚕、天蚕、樗蚕，它们原来都是危害某些林木的害虫。但当人们了解了它们的习性、特点以后，就变害为益，利用它们的蚕茧缫丝织绸，为人类的生产和生活服务。这就告诉我们，人类必须首先保护好野生动物，才能进一步研究它们，了解它们，以便更好地发挥它们的作用。

华丽毛皮再创辉煌 华贵的毛皮大衣使人雍容尔雅，合体的皮茄克使人英姿飒爽，色彩斑斓的羊毛衫裤使人充满活力，穿上毛料大衣、西服，更让人风度翩翩。

我国毛皮动物资源丰富，约有150种，分布在全国各地，其中貂、水獭、狐、黄鼬等都是世界闻名的毛皮动物。据估计，我国每年能产毛皮2000万～3000万张。

毛皮动物由于它特有的经济价值，多年来一直是人们猎取的对象，甚至成为一小部分人谋生的手段，野生毛皮动物数量锐减，有的已濒临绝灭。痛定思痛，人们理智地选择了人工驯养野生毛皮动物这条道路，人工饲养毛皮动物这一新兴的饲养业已在世界范围内掀起，而成为毛皮的主要来源。同时，人类还制定了法律来保护无处藏身的野生动物，猎杀野生保护动物将受到法律的制裁。

4）动物是传播花粉的使者

在生态系统中，绿色植物是“生产者”，它为各种动物制造营养物质，并提供栖息场所。但是，植物离开了动物也不行，离开了动物。植物就不能很好的繁殖后代，植物的生存能力就会下降，就有死亡的危险。据估计，在开花植物中，约有84％的植物是通过昆虫来帮助它们授粉的。

达尔文在他的名著《物种起源》中曾写过：“如果没有昆虫在地球表面上发展起来，我们的植物就不会点缀着美丽的花，只会开一些单调的花……”那么花的颜色和昆虫有什么联系呢？

原来花的鲜艳颜色有利于吸引昆虫，使昆虫容易看见面前来拜访，通过昆虫的光临而实现花粉的传递，从而完成植物的杂交，而杂交有利于植物的生存。在自然选择的作用下，花冠的颜色就变得越来越鲜艳了，因而创造出了自然界最美丽的产物——五彩缤纷的花。

同样，通过生存竞争，果实也变得越来越美丽。因为较美丽的果实更容易引起鸟、兽的注意，鸟、兽吃了果实，无意中为植物传播了种子，这种植物就得到了更多的传播机会。

不同种类的昆虫喜欢不同色彩，例如蝴蝶对红色、橙色敏感，蜜蜂偏好黄色、白色和蓝色，蝇类偏爱绿色、褐色和白色等。

关键词：三维定量构效关系，分子动力学，基于结构的药物设计，分子对接

计算机模拟已经成为继实验、理论之后的第三种研究手段，在科学的各个领域都得到了广泛的应用，并且发展迅速。药物设计与分子模拟也是如此，其总体趋势是计算精度越来越高，与实验结合日趋紧密。近年来，国内药物设计与分子模拟研究工作取得了长足的进展，其中，定量构效关系在药物研究中的应用广泛，已成为药物结构改造的一个有力工具；分子模拟研究发展较快，计算的方法多样化，模拟的时间、空间尺度也越来越接近真实体系，取得了一些水平较高的成果。

一、定量构效关系

定量构效关系是最早发展起来的一种分子设计方法，一旦确定已知的化合物的生物活性与其结构之间的定量关系，研究者就可以依据这一关系对化合物结构进行改造，以获得更高的活性。3D-QSAR（尤其是比较分子力场分析方法）由于其预测能力强，模型形象、直观，已成为最常用的药物设计方法之一。

噻唑烷二酮和芳酮酸类等PPAR激动剂，能够增强胰岛素与其受体结合的信号传导，促进脂肪代谢。利用比较分子力场分析方法对这两类化合物进行了三维定量构效关系研究，揭示了芳酮酸类化合物比噻唑烷二酮类化合物活性更高的原因，并推测PPAR与这一类化合物结合时，活性位点的形状可能和与罗咯列酮结合时不一样[1]。

双叔丁基苯基杂环化合物是COX-2的抑制剂，具有抗炎作用。对三类含双叔丁基苯基杂环化合物进行三维定量构效关系研究，在三种可能的叠合模型中，选择了交叉验证结果最好的一种。研究结果表明：静电作用对化合物的活性贡献稍大于范德华作用；增加杂环的正电荷，可以提高化合物的活性[2]。

采用比较分子力场分析方法对1－咪唑基苯并二氮杂卓（草头卓）类法尼基蛋白转移酶抑制剂进行研究，发现在苯并二氮杂卓（草头卓）中的苯环上增加取代基的体积会使化合物活性降低，在咪唑环上增大取代基的体积能够提高化合物的活性[3]。

吡里酮类化合物是一类很有药用前途的抗炎镇痛剂，利用计算机辅助药物设计专家系统（Apex-3D）研究了5,6－二芳基取代吡里酮类化合物的抗炎活性与其分子结构之间的定量关系。研究表明：化合物的活性与吡里酮环的1位取代基的电荷密度正相关，而与分子的疏水性负相关[4]。

采用比较分子力场分析方法分析了一组－羟基丁烯羟酸内酯类内皮激素拮抗剂的结构活性关系。在计算中，除考察静电场和立体场之外，还引入了氢键场。结果表明，引入氢键场可以明显地改善计算结果。另外，还分别考察了格点距离以及探针原子类型对计算结果的影响[5]。

采用一系列几何结构参数以及由ClogP软件计算得到的logP值作为结构参数，对21个钾离子通道开放剂进行了定量构效关系研究。研究结果表明，氢键受体原子与疏水部分中心距离HA-Hy，以及芳环中心垂线和芳环中心与疏水部分中心连线的夹角对动脉舒张活性影响较显著[6]。

利用CATALYST软件得到了酪氨酸激酶抑制剂的三维药效基团模型，所研究的两类化合物具有完全不同的骨架，但其药效基团相似，说明两者的结合模式相似。这两类化合物的药效基团包括一个氢键受体，一个氢键给体，一个脂肪类疏水团和一个芳香类疏水团。在此基础上，进行了三维构效关系研究[7]。

以黄酮为模板，对一系列黄酮类化合物进行了定量构效关系研究及从头算研究。根据CoMFA, CoMSIA和HQSAR分析以及静电势计算结果，提出了合理的药效基团模型，并提出了一种黄酮类化合物与GABAA受体结合的模型[8]。

二、基于结构的药物设计

基于结构的药物设计是寻找新结构的药物先导化合物的方法之一，国内运用基于结构的药物设计方法发现活性化合物的例子也越来越多，不过，因为知识产权等方面的原因，这方面的论文发表较少，因此本文仅能介绍方法的发展。

在对已知抑制剂与磷脂酶A2的复合物晶体结构的分析的基础上，设计了新的抑制剂，并利用SCORE程序对其生物活性进行了预测。随后进行了化学合成及药理测试，结果表明设计的两种化合物都有一定的活性，并且实验值与SCORE的预测值具有对应关系[9]。

利用同源模建方法、序列进化踪迹分析，研究了蛋白质前提加工酶furin/kexin与水蛭抑制剂（eglin C）突变体的相互作用模式，阐明了furin/kexin各个亚类的底物/抑制剂的共性和差异性。在此基础上，利用界面再设计策略进行了furin/kexin抑制剂的理性再设计[10]。

对DycoBlock(Dynamically Assembling Molecular Building Block)方法进行了改进，主要包括利用结合能和溶剂可及性表面积(SASA)对DycoBlock产生的分子进行筛选，并发展了一个基于分子相似性的分类方法。利用COX-2及其选择性抑制剂SC-558对其方法进行了测试，重现晶体结构的比率由以前的16.7%上升到58.8%[11]。在DycoBlock的基础上发展了F-DycoBlock，在进行多拷贝随机分子动力学的过程中，一方面考虑小分子配体柔性，同时考虑小分子配体的平均场对大分子的影响，因而还可以考虑蛋白质的柔性。利用COX-2以及HIV-1蛋白水解酶两个体系对其进行了测试[12]。

三、分子模拟

分子模拟通过对生物大分子的结构和动力学行为的模拟，为阐明其结构、生物功能提供了丰富的信息。一般来说，这些信息用实验方法获取是比较困难的，因此，分子模拟已成为研究生物大分子结构和功能的一种重要手段。

Threading方法对于根据同源性比较低的模板蛋白预测目标蛋白三维结构已经取得一定的成功，但仍难以处理那些模板蛋白以及目标蛋白三维结构相似，而二级结构在序列中的顺序不一致的情况。研究发现预先对目标序列中的交错的二级结构片段作适当的调整，可以显著地提高Threading方法的预测能力[13]。

利用蒙特卡罗方法对蛇毒神经毒素的八种不同Loop III序列在自由态以及与短链神经毒素埃拉布毒素b（Erabutoxin b）结合状态的构象性质进行研究，发现远程作用确实对蛋白质表面的Loop区的构象及稳定性有影响，而近程作用只是提供候选的构象，还须经过远程作用的过滤[14]。

BLIP是目前效果最好的TEM-1-内酰氨酶的蛋白类抑制剂，它的结构域1中的一个转角结构B1可以与TEM-1-内酰氨酶的活性部位结合，从而抑制其活性。利用圆二色谱、傅立叶红外光谱和核磁共振谱研究了B1在磷酸盐缓冲溶液中的构象，结果表明，B1在溶液中形成了转角结构 [15]。

采用分子动力学方法对猪胰岛素二聚体进行模拟，并利用连续介质模型有限差分方法计算二聚体的静电势，利用溶剂可及性表面分析二聚体的疏水性，还考察了不同的PH值对二聚体的静电作用和疏水作用的影响。分析表明，在弱酸弱碱条件下，二聚体的静电作用和疏水作用比较有利；在PH值为6.2时，二聚体的疏水作用最佳[16]。

利用分子动力学方法对喜树碱进行构象搜寻，并利用AM1，PM3以及ab initio方法对与晶体结构比较接近的构象进行优化。ab initio方法优化得到的结构与晶体结构更接近，喜树碱E环内酯部分形成了分子内氢键，使其内酯键反应活性提高，使其易受水的影响开环而失去活性。研究还表明，喜树碱在与TopoI-DNA复合物作用时，要破坏分子内氢键，能量补偿较大[17, 18]。

采用快速退火进化算法对氨基酸与-环糊精的结合进行了模拟。对14种包合物的结合常数与作用能的线性回归分析表明，两者之间存在非常好的相关性。通过对作用能进行分析，发现范德华作用起主要作用。对不同手性的氨基酸与-环糊精的作用能进行了比较，解释了-环糊精的手性选择性[19]。

利用自由能微扰方法计算了两种hydroxamate类的抑制剂和MMP-3的相对结合自由能。自由能计算采用了慢增长和固定窗口增长两种方法，并且都采用了双向采样策略。计算得到的结合自由能与实验值吻合得很好，同时从动力学模拟的轨迹分析了抑制剂与MMP-3之间的重要相互作用[20]。

通过同源模建方法得到了枯草杆菌（Bacillus subtilis）色氨酸tRNA合成酶的三维结构，分析结果表明合成酶的二级结构含有16个螺旋和5个折叠，唯一的色氨酸Trp92位于两个亚基的界面上。另外，还对配基结合位点、活性位点以及与tRNATrp可能的结合方式进行了预测[21]。

蛋白质的折叠是一个自由能驱动的过程，天然的蛋白质构象处于一个热力学的低能量态。基于蛋白质结构域是折叠单位的设想，蛋白质结构域作为一个独立的折叠单元，应该不仅在结构上相对致密，而且在能量上也应该相对稳定。因此，用折叠自由能来划分结构域更为合理。利用去折叠自由能的方法对50种不同的双结构域蛋白质进行了结构域分析，大多数划分结果与文献一致；少数结果虽然与文献不一致，但去折叠自由能方法的划分结果可能更合理[22]。

采用布朗动力学对蝎毒Lq2与钾离子通道的结合进行模拟，蝎毒的三维结构取自NMR实验测定的22个结构，结果表明只有4个结构能够以高概率和较好的静电作用与钾离子通道结合。对上述4种结构进行三联体接触分析，构建了复合物的三维结构模型，并确定了Lq2与钾离子通道之间的主要相互作用[23]。

采用同源模建和分子动力学方法，模建了memapsin 2蛋白水解酶的三维结构。memapsin 2蛋白水解酶的活性部位为一个富含-折叠的结构域所支撑，活性部位通过一段螺旋与该结构域连接。-发夹结构中的Tyr132是天冬氨酸蛋白水解酶的共同特征。分析表明，虽然M2蛋白水解酶的结构比较独特，但仍属于天冬氨酸蛋白水解酶超家族[24]。

四、数据库与虚拟筛选

如果已经掌握了足够的有关靶标以及与靶标结合的化合物的信息，针对大的化合物数据库的虚拟筛选非常具有吸引力，并可作为一种与高通量筛选互为补充的寻找先导化合物的方法。最近，在超级计算机上对Kuntz发展的DOCK程序进行了并行化，大大加快了数据库筛选的速度。采用这种方法，从商用的化合物数据库以及中国天然产物数据库中找到了一系列对钾离子通道，-分泌酶以及PPAR等靶标具有生物活性的化合物。但由于要申请专利，结果还没有发表

一个包含范德华作用、金属配位作用、氢键作用、去溶剂化作用以及小分子构象变化等项的打分函数SCORE，被用于评价DOCK4找到的小分子与蛋白质的结合构象。用两者结合得到的程序SCOREDOCK对200个蛋白－配体复合物进行测试，发现SCORE能够明显地提高DOCK计算精度[25]。

通过Fortran PowerStation和Visual C++混合编程，将在DOS下运行的、用于研究分子结构和生物活性关系的计算机辅助筛选生物活性化合物软件（Computer-Aided Screening bioActive Compounds, CASAC）移植到Windows系统[26]。

基于XML（eXtensible Markup Language）,构建了海洋天然产物数据库，目前数据库中包含了大约11000种海洋天然化合物的分子结构及其生物来源、生物活性、药效、物理化学参数和参考文献等信息。与XML的集成有利于该数据库的管理、查询、Web发布、数据交换以及未来的扩展，目前已具备Web检索的功能[27, 28]。

提出了一种将遗传算法与随机搜寻相结合的分子对接算法，并采取分步考虑形状互补和能量最优的策略。对随机选取的8个复合物结构测试结果表明：计算所得构象及取向与晶体结构接近，大部分情况下，最小的均方根偏差小于1.0[29]。

5,6-二芳基取代吡里酮类化合物是一类新型的抗炎镇痛剂，利用分子对接方法研究了这一类化合物的作用机理。从分子对接结果来看，ZZ-122与COX-2结合的比较好，静电作用和范德华作用都是负值，范德华作用是主要作用；而与COX-1结合构象严重扭曲，两者之间存在强烈的范德华斥力。这一结果表明，该类化合物可能是比较好的COX-2选择性抑制剂[30]。

关键词：三维定量构效关系，分子动力学，基于结构的药物设计，分子对接

计算机模拟已经成为继实验、理论之后的第三种研究手段，在科学的各个领域都得到了广泛的应用，并且发展迅速。药物设计与分子模拟也是如此，其总体趋势是计算精度越来越高，与实验结合日趋紧密。近年来，国内药物设计与分子模拟研究工作取得了长足的进展，其中，定量构效关系在药物研究中的应用广泛，已成为药物结构改造的一个有力工具；分子模拟研究发展较快，计算的方法多样化，模拟的时间、空间尺度也越来越接近真实体系，取得了一些水平较高的成果。

一、定量构效关系

定量构效关系是最早发展起来的一种分子设计方法，一旦确定已知的化合物的生物活性与其结构之间的定量关系，研究者就可以依据这一关系对化合物结构进行改造，以获得更高的活性。3D-QSAR（尤其是比较分子力场分析方法）由于其预测能力强，模型形象、直观，已成为最常用的药物设计方法之一。

噻唑烷二酮和芳酮酸类等PPAR激动剂，能够增强胰岛素与其受体结合的信号传导，促进脂肪代谢。利用比较分子力场分析方法对这两类化合物进行了三维定量构效关系研究，揭示了芳酮酸类化合物比噻唑烷二酮类化合物活性更高的原因，并推测PPAR与这一类化合物结合时，活性位点的形状可能和与罗咯列酮结合时不一样[1]。

双叔丁基苯基杂环化合物是COX-2的抑制剂，具有抗炎作用。对三类含双叔丁基苯基杂环化合物进行三维定量构效关系研究，在三种可能的叠合模型中，选择了交叉验证结果最好的一种。研究结果表明：静电作用对化合物的活性贡献稍大于范德华作用；增加杂环的正电荷，可以提高化合物的活性[2]。

采用比较分子力场分析方法对1－咪唑基苯并二氮杂卓（草头卓）类法尼基蛋白转移酶抑制剂进行研究，发现在苯并二氮杂卓（草头卓）中的苯环上增加取代基的体积会使化合物活性降低，在咪唑环上增大取代基的体积能够提高化合物的活性[3]。

吡里酮类化合物是一类很有药用前途的抗炎镇痛剂，利用计算机辅助药物设计专家系统（Apex-3D）研究了5,6－二芳基取代吡里酮类化合物的抗炎活性与其分子结构之间的定量关系。研究表明：化合物的活性与吡里酮环的1位取代基的电荷密度正相关，而与分子的疏水性负相关[4]。

采用比较分子力场分析方法分析了一组－羟基丁烯羟酸内酯类内皮激素拮抗剂的结构活性关系。在计算中，除考察静电场和立体场之外，还引入了氢键场。结果表明，引入氢键场可以明显地改善计算结果。另外，还分别考察了格点距离以及探针原子类型对计算结果的影响[5]。

采用一系列几何结构参数以及由ClogP软件计算得到的logP值作为结构参数，对21个钾离子通道开放剂进行了定量构效关系研究。研究结果表明，氢键受体原子与疏水部分中心距离HA-Hy，以及芳环中心垂线和芳环中心与疏水部分中心连线的夹角对动脉舒张活性影响较显著[6]。

利用CATALYST软件得到了酪氨酸激酶抑制剂的三维药效基团模型，所研究的两类化合物具有完全不同的骨架，但其药效基团相似，说明两者的结合模式相似。这两类化合物的药效基团包括一个氢键受体，一个氢键给体，一个脂肪类疏水团和一个芳香类疏水团。在此基础上，进行了三维构效关系研究[7]。

以黄酮为模板，对一系列黄酮类化合物进行了定量构效关系研究及从头算研究。根据CoMFA, CoMSIA和HQSAR分析以及静电势计算结果，提出了合理的药效基团模型，并提出了一种黄酮类化合物与GABAA受体结合的模型[8]。

二、基于结构的药物设计

基于结构的药物设计是寻找新结构的药物先导化合物的方法之一，国内运用基于结构的药物设计方法发现活性化合物的例子也越来越多，不过，因为知识产权等方面的原因，这方面的论文发表较少，因此本文仅能介绍方法的发展。

在对已知抑制剂与磷脂酶A2的复合物晶体结构的分析的基础上，设计了新的抑制剂，并利用SCORE程序对其生物活性进行了预测。随后进行了化学合成及药理测试，结果表明设计的两种化合物都有一定的活性，并且实验值与SCORE的预测值具有对应关系[9]。

利用同源模建方法、序列进化踪迹分析，研究了蛋白质前提加工酶furin/kexin与水蛭抑制剂（eglin C）突变体的相互作用模式，阐明了furin/kexin各个亚类的底物/抑制剂的共性和差异性。在此基础上，利用界面再设计策略进行了furin/kexin抑制剂的理性再设计[10]。

对DycoBlock(Dynamically Assembling Molecular Building Block)方法进行了改进，主要包括利用结合能和溶剂可及性表面积(SASA)对DycoBlock产生的分子进行筛选，并发展了一个基于分子相似性的分类方法。利用COX-2及其选择性抑制剂SC-558对其方法进行了测试，重现晶体结构的比率由以前的16.7%上升到58.8%[11]。在DycoBlock的基础上发展了F-DycoBlock，在进行多拷贝随机分子动力学的过程中，一方面考虑小分子配体柔性，同时考虑小分子配体的平均场对大分子的影响，因而还可以考虑蛋白质的柔性。利用COX-2以及HIV-1蛋白水解酶两个体系对其进行了测试[12]。

三、分子模拟

分子模拟通过对生物大分子的结构和动力学行为的模拟，为阐明其结构、生物功能提供了丰富的信息。一般来说，这些信息用实验方法获取是比较困难的，因此，分子模拟已成为研究生物大分子结构和功能的一种重要手段。

Threading方法对于根据同源性比较低的模板蛋白预测目标蛋白三维结构已经取得一定的成功，但仍难以处理那些模板蛋白以及目标蛋白三维结构相似，而二级结构在序列中的顺序不一致的情况。研究发现预先对目标序列中的交错的二级结构片段作适当的调整，可以显著地提高Threading方法的预测能力[13]。

利用蒙特卡罗方法对蛇毒神经毒素的八种不同Loop III序列在自由态以及与短链神经毒素埃拉布毒素b（Erabutoxin b）结合状态的构象性质进行研究，发现远程作用确实对蛋白质表面的Loop区的构象及稳定性有影响，而近程作用只是提供候选的构象，还须经过远程作用的过滤[14]。

BLIP是目前效果最好的TEM-1-内酰氨酶的蛋白类抑制剂，它的结构域1中的一个转角结构B1可以与TEM-1-内酰氨酶的活性部位结合，从而抑制其活性。利用圆二色谱、傅立叶红外光谱和核磁共振谱研究了B1在磷酸盐缓冲溶液中的构象，结果表明，B1在溶液中形成了转角结构 [15]。

采用分子动力学方法对猪胰岛素二聚体进行模拟，并利用连续介质模型有限差分方法计算二聚体的静电势，利用溶剂可及性表面分析二聚体的疏水性，还考察了不同的PH值对二聚体的静电作用和疏水作用的影响。分析表明，在弱酸弱碱条件下，二聚体的静电作用和疏水作用比较有利；在PH值为6.2时，二聚体的疏水作用最佳[16]。

利用分子动力学方法对喜树碱进行构象搜寻，并利用AM1，PM3以及ab initio方法对与晶体结构比较接近的构象进行优化。ab initio方法优化得到的结构与晶体结构更接近，喜树碱E环内酯部分形成了分子内氢键，使其内酯键反应活性提高，使其易受水的影响开环而失去活性。研究还表明，喜树碱在与TopoI-DNA复合物作用时，要破坏分子内氢键，能量补偿较大[17, 18]。

采用快速退火进化算法对氨基酸与-环糊精的结合进行了模拟。对14种包合物的结合常数与作用能的线性回归分析表明，两者之间存在非常好的相关性。通过对作用能进行分析，发现范德华作用起主要作用。对不同手性的氨基酸与-环糊精的作用能进行了比较，解释了-环糊精的手性选择性[19]。

利用自由能微扰方法计算了两种hydroxamate类的抑制剂和MMP-3的相对结合自由能。自由能计算采用了慢增长和固定窗口增长两种方法，并且都采用了双向采样策略。计算得到的结合自由能与实验值吻合得很好，同时从动力学模拟的轨迹分析了抑制剂与MMP-3之间的重要相互作用[20]。

通过同源模建方法得到了枯草杆菌（Bacillus subtilis）色氨酸tRNA合成酶的三维结构，分析结果表明合成酶的二级结构含有16个螺旋和5个折叠，唯一的色氨酸Trp92位于两个亚基的界面上。另外，还对配基结合位点、活性位点以及与tRNATrp可能的结合方式进行了预测[21]。

蛋白质的折叠是一个自由能驱动的过程，天然的蛋白质构象处于一个热力学的低能量态。基于蛋白质结构域是折叠单位的设想，蛋白质结构域作为一个独立的折叠单元，应该不仅在结构上相对致密，而且在能量上也应该相对稳定。因此，用折叠自由能来划分结构域更为合理。利用去折叠自由能的方法对50种不同的双结构域蛋白质进行了结构域分析，大多数划分结果与文献一致；少数结果虽然与文献不一致，但去折叠自由能方法的划分结果可能更合理[22]。

采用布朗动力学对蝎毒Lq2与钾离子通道的结合进行模拟，蝎毒的三维结构取自NMR实验测定的22个结构，结果表明只有4个结构能够以高概率和较好的静电作用与钾离子通道结合。对上述4种结构进行三联体接触分析，构建了复合物的三维结构模型，并确定了Lq2与钾离子通道之间的主要相互作用[23]。

采用同源模建和分子动力学方法，模建了memapsin 2蛋白水解酶的三维结构。memapsin 2蛋白水解酶的活性部位为一个富含-折叠的结构域所支撑，活性部位通过一段螺旋与该结构域连接。-发夹结构中的Tyr132是天冬氨酸蛋白水解酶的共同特征。分析表明，虽然M2蛋白水解酶的结构比较独特，但仍属于天冬氨酸蛋白水解酶超家族[24]。

四、数据库与虚拟筛选

如果已经掌握了足够的有关靶标以及与靶标结合的化合物的信息，针对大的化合物数据库的虚拟筛选非常具有吸引力，并可作为一种与高通量筛选互为补充的寻找先导化合物的方法。最近，在超级计算机上对Kuntz发展的DOCK程序进行了并行化，大大加快了数据库筛选的速度。采用这种方法，从商用的化合物数据库以及中国天然产物数据库中找到了一系列对钾离子通道，-分泌酶以及PPAR等靶标具有生物活性的化合物。但由于要申请专利，结果还没有发表

一个包含范德华作用、金属配位作用、氢键作用、去溶剂化作用以及小分子构象变化等项的打分函数SCORE，被用于评价DOCK4找到的小分子与蛋白质的结合构象。用两者结合得到的程序SCOREDOCK对200个蛋白－配体复合物进行测试，发现SCORE能够明显地提高DOCK计算精度[25]。

通过Fortran PowerStation和Visual C++混合编程，将在DOS下运行的、用于研究分子结构和生物活性关系的计算机辅助筛选生物活性化合物软件（Computer-Aided Screening bioActive Compounds, CASAC）移植到Windows系统[26]。

基于XML（eXtensible Markup Language）,构建了海洋天然产物数据库，目前数据库中包含了大约11000种海洋天然化合物的分子结构及其生物来源、生物活性、药效、物理化学参数和参考文献等信息。与XML的集成有利于该数据库的管理、查询、Web发布、数据交换以及未来的扩展，目前已具备Web检索的功能[27, 28]。

提出了一种将遗传算法与随机搜寻相结合的分子对接算法，并采取分步考虑形状互补和能量最优的策略。对随机选取的8个复合物结构测试结果表明：计算所得构象及取向与晶体结构接近，大部分情况下，最小的均方根偏差小于1.0[29]。

5,6-二芳基取代吡里酮类化合物是一类新型的抗炎镇痛剂，利用分子对接方法研究了这一类化合物的作用机理。从分子对接结果来看，ZZ-122与COX-2结合的比较好，静电作用和范德华作用都是负值，范德华作用是主要作用；而与COX-1结合构象严重扭曲，两者之间存在强烈的范德华斥力。这一结果表明，该类化合物可能是比较好的COX-2选择性抑制剂[30]。