利用化学语言模型实现支架融合与SAR传递，从而生成新型肝脏X受体调节剂

《Journal of Medicinal Chemistry》：Scaffold Fusion and SAR Transfer with a Chemical Language Model Generates Novel Liver X Receptor Modulators

本研究利用化学语言模型（CLM）探索性设计LXR调节剂，通过两阶段调优获得化合物1-3。其中1号和2号为部分激动剂，3号为反向激动剂，经分子对接和报告基因验证显示LXR调节活性。3号在体外模型中显著抑制肝脂生成，其代谢稳定性良好，并展现出对RXR等核受体的选择性。CLM成功融合不同LXR配体结构特征，为代谢性疾病治疗提供新思路。

　　肝脏X受体（LXRs）是代谢紊乱领域的重要靶点，包括动脉粥样硬化和代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）。本研究采用了一种化学语言模型（CLM）来进行LXR调节剂的设计，并发现不同LXR调节剂模板的结构特征被融合，同时结构-活性关系（SAR）知识也被迁移。生成的计算设计展示了多样化的活性谱型和选择性调节剂特性，其中一种逆LXR激动剂在体外MASLD模型中表现出有前景的脂解活性，这为进一步开发其药代动力学和药代动力学性质提供了基础。

LXRs是配体调控的转录因子，对胆固醇稳态、脂质代谢和炎症反应起着关键作用。LXRα和LXRβ两种高度保守的亚型均可被氧化胆固醇代谢物——所谓的氧化固醇（oxysterols）激活，以诱导增强胆固醇逆向转运至肝脏的基因转录。鉴于其在胆固醇平衡中的重要作用，LXRs被认为是治疗与胆固醇稳态失调相关疾病的潜在靶点，如动脉粥样硬化和阿尔茨海默病。然而，LXRα介导的促进新脂肪生成（de novo lipogenesis）作用在一定程度上阻碍了LXR激动剂的发展。相反，通过逆激动剂抑制LXR在肝脂肪生成中的作用，被认为是治疗MASLD的有希望策略。为了拓展LXR调节剂的多样性，并进一步探索LXR配体在不同疾病中的潜力，本研究旨在利用CLM这一创新工具，识别新的LXR调节剂。

CLMs是一种深度学习模型，其训练数据为分子字符串格式，如SMILES。CLM通常通过使用大量SMILES数据集进行预训练，然后使用特定任务的模板分子进行微调来构建。这种两步流程使得CLM能够捕捉SMILES的语法结构，并将其迁移到特定任务中。此前的应用表明，CLMs能够以数据驱动的方式设计具有特定生物活性的新化学实体。在本研究中，我们描述了通过CLM驱动的从头设计来识别新型LXR调节剂的过程。所获得的设计融合了不同LXR配体支架的结构特征，并展示了创新的LXR调节剂活性。

为了开发新的LXR配体，我们使用了一个现有的CLM，该模型已经通过来自ChEMBL的365,063个分子进行预训练，并进行了两阶段的微调。第一阶段使用了来自BindingDB的252个LXR调节剂，第二阶段使用了12个手动选择的LXR调节剂作为模板集。通过选择与模板分子相似的时期，我们对从头设计进行了采样，并根据采样频率和对接结果对这些设计进行了优先级排序。所选的设计在Gal4-LXR杂交报告基因实验中被评估，确认其具有调节LXR的潜力。

在实验过程中，化合物1-3的合成过程进行了详细描述。这些化合物在体外测试中被证实能够调节LXR，其中化合物1和2被确认为LXR的部分激动剂，而化合物3则被鉴定为LXR的拮抗剂或逆激动剂。在实验过程中，我们还评估了这些化合物对细胞增殖的影响，并发现它们在一定浓度下不会对HEK293T或HepG2细胞产生细胞毒性。此外，我们还研究了这些化合物对其他核受体的脱靶效应，发现化合物1相较于参考激动剂T0901317表现出更好的选择性，而化合物3则仅在低效的情况下激活RORα，其他核受体则未表现出显著活性。

在生理相关条件下，我们评估了化合物1和3对LXR依赖性基因表达的影响。化合物1能够诱导与胆固醇逆向转运相关的基因表达，如ABCA1和APOE，而化合物3则显著抑制SREBP1c的表达，这与LXR的逆激动剂特性一致。在脂质积累实验中，化合物3表现出良好的脂解活性，能够缓解由脂肪酸诱导的脂肪肝。这一发现表明，化合物3在MASLD治疗中具有潜力。此外，化合物1和3在肝微粒体中表现出较高的代谢稳定性，这使得它们成为进一步生物评价的合适候选。

为了验证这些化合物的结构和活性关系，我们还进行了虚拟筛选实验。通过计算Morgan指纹的Tanimoto相似性，我们发现化合物1-3在Enamine筛选库中未被高排名，这进一步支持了它们的创新性。同时，这些化合物在某些特定结构上与已知的LXR调节剂具有相似性，表明CLM能够有效提取和重新组合相关的化学特征，从而设计出具有活性的新配体。

本研究的结果表明，CLMs在药物设计中具有巨大潜力，能够生成具有所需特性的创新化学实体。通过探索性应用CLM，我们得到了新型LXR调节剂支架，这些支架融合了不同的结构-活性关系数据，并表现出良好的选择性。此外，我们还发现了一种具有吸引力的逆LXR激动剂，它在体外实验中表现出良好的脂解活性和选择性基因调节能力。这些发现为LXR作为代谢相关疾病的治疗靶点提供了新的视角，并可能为新一代LXR调节剂的开发奠定基础。