靶向OspC蛋白的百里香酚类化合物计算药物设计：莱姆病治疗新策略

《Chinese Journal of Analytical Chemistry》：Computational Drug Design of Novel Compounds from Thymus Vulgaris Extract as Promising Candidates for Lyme disease Therapy: Targeting the OpsC Protein through Structure-Based Approaches

本研究针对莱姆病治疗药物不足的临床难题，通过HPLC分析百里香提取物中的酚类/黄酮类成分，采用SWISS-MODEL同源建模和PyRx分子对接技术，发现没食子酸与OspC蛋白具有最优结合活性（-7.4 kcal/mol），其ADMET特性符合Lipinski规则，为植物源抗莱姆病药物开发提供新思路。

　　

莱姆病是一种由伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）引起的蜱媒传染病，每年在美国有超过4万例确诊病例，实际感染人数可能高达30万。该病原体通过携带细菌的硬蜱叮咬传播给人类，临床表现从特征性的游走性红斑（erythema migrans）到严重的神经系统、关节和心脏并发症。当前主要采用多西环素、阿莫西林等抗生素进行治疗，但存在治疗失败、副作用及无法彻底清除持久性伯氏疏螺旋体等问题，凸显了对新型、高效、安全治疗策略的迫切需求。

在此背景下，研究人员将目光投向天然植物资源。百里香（Thymus vulgaris）作为一种传统药用植物，富含多种具有生物活性的酚类和黄酮类化合物。本研究旨在探索从百里香提取物中发现的活性成分，靶向莱姆病病原体关键毒力因子——外表面蛋白C（OspC），为开发基于天然产物的莱姆病治疗新候选药物提供科学依据。相关研究成果发表于《Chinese Journal of Analytical Chemistry》。

为系统评估百里香提取物的抗莱姆病潜力，研究人员首先采用高效液相色谱法（HPLC）对百里香的氯仿和正己烷提取物进行定性与定量分析，鉴定出包括没食子酸、咖啡酸、槲皮素、山奈酚等在内的多种酚类和黄酮类化合物，并测定了总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）。接着，研究团队利用生物信息学工具对OspC蛋白进行了一系列结构预测与分析：通过Expasy蛋白翻译服务器获取其一级结构，利用PSIPRED预测二级结构，并通过SWISS-MODEL进行同源建模获得其三維结构模型。生成的蛋白模型经过PROCHECK、ProQ和ProSA-web等服务器进行质量评估和验证（如Ramachandran图分析显示92.4%的氨基酸残基位于允许区域内）。利用Protein Plus服务器的DoGSiteScorer工具预测了OspC蛋白的潜在活性结合口袋。

核心的相互作用研究通过分子对接完成，使用PyRx软件将HPLC鉴定出的活性化合物与OspC蛋白进行对接，评估其结合亲和力（结合能）。对结合能最优的化合物，进一步利用PLIP（Protein-Ligand Interaction Profiler）分析其与蛋白的具体相互作用（如氢键、疏水作用、盐桥等）。此外，研究还通过Protox-2和Molinspiration等在线工具对先导化合物的药代动力学（ADME）性质（如吸收、分布、代谢、排泄）和类药性（如Lipinski五规则）进行了预测。最后，利用iMods服务器对最优的蛋白-配体复合物进行了分子动力学（MD）模拟，以评估复合物在模拟环境下的稳定性。

3.1. HPLC分析

HPLC分析结果显示，百里香氯仿提取物中鉴定出的酚类和黄酮类化合物种类多于正己烷提取物，主要包括没食子酸、芥子酸、槲皮素和山奈酚等，且氯仿提取物的总酚含量（80.49 ± 0.38 mg GAE/g）和总黄酮含量（68.9 ± 0.7 mg QE/g）均显著高于正己烷提取物，表明氯仿是更有效的活性成分提取溶剂。

3.2. 定量分析

定量分析数据进一步证实了HPLC的结果，氯仿提取物表现出更高的酚类和黄酮类化合物含量，这与后续分子对接中发现氯仿提取物中的成分具有更高结合活性相呼应。

3.3. OpsC基因的一级结构

通过NCBI获取OpsC基因的核苷酸序列（登录号：X83554.1），并利用Expasy翻译服务器预测出其由207个氨基酸残基组成的一级结构。

3.4. PSIPRED预测OpsC基因的二级结构

PSIPRED预测结果显示，OpsC蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成，未预测到明显的β-折叠片层结构。

3.5. 通过Swiss Model获取3D结构

利用SWISS-MODEL成功构建了OpsC蛋白的三维结构模型（模型01），该模型的GMQE（全局模型质量估计）值为0.65，QMEANDisCo全局值为0.79 ± 0.05，表明模型质量可靠。

3.6. 蛋白质验证与质量预测

通过PROCHECK生成的Ramachandran图显示，92.4%的氨基酸残基位于最允许区，表明模型构象良好。ProSA-web计算的Z值为-5.17，与已知的X射线晶体结构相似。ProQ服务器预测的LGscore为9.757，Maxsub得分为0.505，ERRAT值高达97.585，均证实了该蛋白模型具有优异的整体质量。

3.7. 通过Protein Plus预测活性位点

Protein Plus服务器的DoGSiteScorer工具预测出12个潜在的结合口袋，研究人员选择了体积（665.15 nm3）和表面积（1101.43 ?2）最大的口袋作为后续分子对接的活性位点，该口袋包含45个氨基酸残基。

3.8. 过敏性

使用AllerTOP服务器预测OpsC蛋白序列的过敏性，结果显示其为“ probable non-allergen”（ probable 非过敏原），降低了其作为靶点可能引发的免疫顾虑。

3.9. 化合物筛选

分子对接结果显示，从百里香提取物中鉴定出的7种化合物与OpsC蛋白均具有结合能力，其中没食子酸（gallic acid）的结合能最低（-7.4 kcal/mol），表明其结合亲和力最强，其次是槲皮素（quercetin, -6.5 kcal/mol）和山奈酚（kaempferol, -6.4 kcal/mol）。

3.10. 对接分析解读

通过PLIP对没食子酸与OpsC蛋白复合物的相互作用进行分析，发现没食子酸主要通过氢键与GLU_100A、GLN_107A等氨基酸残基相互作用，并存在盐桥（与LYS_103A）和疏水作用，相互作用距离在合理范围内，表明结合模式稳定。

3.11. 药代动力学研究（ADME）

Protox-2预测显示，没食子酸的分子量为170.12 g/mol，脂水分配系数（LogP）为0.59，氢键供体数为4，氢键受体数为5，拓扑极性表面积（TPSA）为97.98 ?2，可旋转键数为1，符合Lipinski五规则（无 violations），提示其具有良好的口服吸收潜力。预测其不具有致敏性。

3.12. Molinspiration分析

Molinspiration工具计算的生物活性得分显示，没食子酸在酶抑制剂方面活性得分相对较高（-0.17），而在其他靶点如GPCR、离子通道等方面得分较低，提示其可能具有相对特异性的作用。

3.13. MD模拟

对没食子酸-OpsC蛋白复合物进行分子动力学模拟，得到的特征值（Eigenvalue）为2.154173e-04，方差和协方差图分析表明复合物在模拟过程中结构稳定，构象波动较小，进一步验证了对接结果的可靠性。

本研究通过综合运用植物化学分析、计算生物学和分子模拟技术，系统评估了百里香提取物中活性成分对抗莱姆病靶点蛋白OspC的潜力。研究结果表明，百里香，特别是其氯仿提取物，富含多种酚类和黄酮类化合物。其中，没食子酸被证明是与OspC蛋白结合最紧密的化合物，具有优异的结合亲和力和良好的药代动力学特性，符合成为口服药物的基本要求。分子动力学模拟证实了没食子酸-OspC复合物的稳定性。这些发现凸显了百里香来源的天然化合物，特别是没食子酸，作为开发新型抗莱姆病药物的巨大前景。该研究为克服当前抗生素治疗的局限性提供了一种有希望的植物基替代方案，为后续的体外和体内实验验证奠定了坚实的理论基础，对推动莱姆病的治疗策略发展具有重要意义。然而，要将这些有潜力的化合物转化为临床有效的药物，仍需进行深入的活性验证、安全性评估、制剂优化和临床试验。