基于计算机模拟的平盖灵芝来源6LU7抑制剂化合物抗SARS-CoV-2的药代动力学与分子对接研究

本研究针对SARS-CoV-2有效治疗方案的迫切需求，通过计算机模拟方法探究了平盖灵芝(Ganoderma applanatum)来源的化合物作为主要蛋白酶(6LU7)抑制剂的潜力。研究发现，邻苯二甲酸二环己酯(Di cyclohexyl phthalate)表现出最佳的药代动力学特性(-8.4 Kcal/mol结合亲和力)，且符合类药五规则，为开发新型抗SARS-CoV-2天然药物提供了重要线索。

　　

自2019年底以来，SARS-CoV-2病毒引发的COVID-19疫情迅速演变为全球性健康危机。根据世界卫生组织2023年3月的评估，该病毒已影响近189个国家和地区，导致超过7.61亿确诊病例和约688万死亡病例。尽管已有瑞德西韦(Remdesivir)和奈玛特韦(Nirmatrelvir)等抗病毒药物以及多种疫苗问世，但开发新型治疗策略的需求依然迫切。

在这一背景下，研究人员将目光投向了病毒复制过程中的关键靶点——主要蛋白酶(M^pro)。这种也称为3CL^pro的蛋白酶(PDB ID: 6LU7)在病毒生命周期中扮演着至关重要的角色，负责将病毒多聚蛋白切割成功能性的结构蛋白和非结构蛋白。由于其在人类细胞中缺乏高度同源物，M^pro成为开发特异性抗病毒药物的理想靶标。

天然产物长期以来一直是药物发现的重要来源。在众多药用真菌中，平盖灵芝(Ganoderma applanatum)因其丰富的生物活性成分而备受关注。这种属于担子菌门 Ganodermataceae 科的药用真菌含有多种活性化合物，包括生物碱、多糖、酚类化合物、萜类、氨基酸、类固醇、脂肪酸和蛋白质等，具有抗病毒、抗糖尿病、抗氧化、抗真菌、抗菌、抗炎、抗癌和免疫调节等多种药理活性。

本研究团队基于前期对平盖灵芝甲醇提取物的GC-MS分析，筛选出9种主要化合物，通过计算机模拟方法系统评估了这些化合物作为SARS-CoV-2主要蛋白酶抑制剂的潜力。研究采用多层次的计算生物学方法，包括基于类药五规则(Lipinski's rule)的理化性质分析、ADMET(吸收、分布、代谢、排泄和毒性)药代动力学预测，以及分子对接模拟等技术手段。

在技术方法方面，研究人员首先从印度喀拉拉邦森林研究所采集平盖灵芝子实体，通过索氏提取器获得甲醇提取物。利用GC-MS分析鉴定出9种主要化合物后，采用ChemDraw(19.1版本)构建化合物结构，并通过AutoDock工具1.5.6进行3D结构转换和参数设置。蛋白质结构从蛋白质数据库(PDB)获取6LU7晶体结构，使用Swiss ADME在线工具评估化合物的ADMET特性。分子对接研究采用AutoDock4(版本4.2)和Lamarkian遗传算法，设置对接运行次数为15次，种群规模为15，最大进化次数为2500000，最大世代数为27000，基因突变率为0.02。通过计算对接构象的均方根偏差(RMSD)值评估预测结合构象的结构相似性，使用Molegro分子查看器(MMV 2.5.0)和Discovery Studio版本进行结构可视化。

3. 结果与讨论

3.1 理化性质与类药性评估

研究人员首先基于类药五规则评估了9种化合物的理化性质。除2h-3,11c-(环氧甲烷)菲并[10,1-bc]吡喃，皮克拉-3-烯-21-酸衍生物外，其余8种化合物均符合类药五规则的标准(分子量<500 g/mol，旋转键<10，氢键供体<5，氢键受体≤10)。特别值得注意的是，邻苯二甲酸二环己酯(PubChem ID: 6777)表现出零违规，分子量为330.4 g/mol，具有4个氢键受体，拓扑极性表面积(TPSA)为52.6，脂水分配系数(XLog P)为5.2，显示出良好的类药特性。

3.2 ADMET药代动力学特性

通过Swiss ADME工具进行的ADMET预测显示，大多数化合物具有较高的胃肠道吸收性，且能够透过血脑屏障。生物利用度评分方面，除2h-3,11c-(环氧甲烷)菲并[10,1-bc]吡喃，皮克拉-3-烯-21-酸衍生物得分较低(0.17)外，其余化合物均获得0.55的评分，表明具有良好的药代动力学特性。细胞色素P450酶抑制评估显示，邻苯二甲酸二环己酯不是CYP1A2、CYP2C19、CYP2C9、CYP2D6或CYP3A4的抑制剂，这降低了潜在的药物-药物相互作用风险。

3.3 毒性评估

ProTox-II毒性预测表明，所有9种化合物均无免疫毒性、肝毒性、致癌性和致突变性(AMES试验)。LD₅₀值范围在450-3000 mg/kg之间，属于4级或5级毒性分类，表明这些化合物在预测范围内相对安全。

3.4 分子对接结果

分子对接研究揭示了化合物与6LU7蛋白的结合特性。所有化合物中，2h-3,11c-(环氧甲烷)菲并[10,1-bc]吡喃，皮克拉-3-烯-21-酸衍生物表现出最高的结合亲和力(-8.4 kcal/mol)，抑制常数(Ki)为701.22 nM。然而，由于该化合物不符合类药五规则，研究人员将关注点转向结合亲和力次优但类药性更好的邻苯二甲酸二环己酯，其结合能为-6.05 kcal/mol，Ki值为37.0 μM。

详细的相互作用分析显示，邻苯二甲酸二环己酯与6LU7蛋白活性位点的Leu 271和Leu 287残基形成了两个氢键，这些相互作用与先前报道的有效抑制剂相似。氢键数量的增加通常与更高的结合效能和抑制潜力相关。对接构象的RMSD值在56.62-65.19之间，反映了预测结合取向的多样性。

3.5 比较分析

与已报道的天然产物衍生物相比，平盖灵芝来源的化合物表现出有竞争力的结合亲和力。例如，双羟基-3-苯基香豆素衍生物的结合能为-8.6 kcal/mol，阿福泽林(afzelin)为-8.8 kcal/mol，而本研究中最具潜力的化合物结合能为-8.4 kcal/mol，与FDA批准的蛋白酶抑制剂奈非那韦(nelfinavir)相当。

4. 结论

本研究通过计算机模拟方法系统评估了平盖灵芝来源化合物作为SARS-CoV-2主要蛋白酶抑制剂的潜力。研究发现，邻苯二甲酸二环己酯在理化性质、药代动力学特性和结合亲和力方面表现优异，且细胞色素P450酶抑制风险较低，符合类药五规则，是进一步体内实验研究的理想候选化合物。

这项研究的意义在于：首先，它验证了药用真菌作为抗病毒药物来源的潜力，特别是在应对新发传染病方面；其次，研究采用的计算机辅助药物设计方法为快速筛选天然产物活性成分提供了有效策略；最后，研究结果为开发新型SARS-CoV-2治疗剂奠定了理论基础，为后续实验研究指明了方向。

尽管计算机预测结果令人鼓舞，但研究人员强调，这些发现需要通过体外和体内实验进一步验证，以确认化合物的实际效力、安全性和潜在的药物相互作用。天然产物药物开发是一个复杂的过程，需要多学科合作和多层次验证，本研究为这一过程提供了重要的初步证据和方向指导。

未来研究可围绕几个方向展开：一是对先导化合物进行结构优化，通过构效关系(SAR)分析提高其药理特性；二是开展体外酶抑制实验和细胞水平抗病毒活性评估；三是探索这些化合物与其他已知抗病毒药物的协同作用可能性；四是研究其在不同冠状病毒中的交叉抑制潜力，为应对未来可能的冠状病毒疫情做好准备。