前列腺癌中高风险SPOP突变的计算分析与分子对接研究揭示薯蓣皂苷的潜在治疗价值

《In Silico Research in Biomedicine》：Characterizing High-Risk SPOP Mutations in Prostate Cancer: Insights from Computational Analysis and Protein-Ligand Docking

本研究针对前列腺癌中SPOP基因高频突变但功能影响不明的现状，通过多平台生物信息学分析筛选出16个高危害性nsSNPs（如F102C、R221G、L293H），结合分子动力学模拟与蛋白-配体对接技术，首次发现天然化合物薯蓣皂苷（Diosgenin）与SPOP蛋白具有稳定结合能力（ΔGbind=-14.21±3.02 kcal·mol-1），关键结合热点为ASN62、ASP63、LYS64和SER295残基，为SPOP相关前列腺癌的靶向治疗提供了新候选分子和精准医疗策略。

　　

前列腺癌作为男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤，全球年新增病例超过127万，其发生发展与基因突变密切相关。其中，SPOP（Speckle-type POZ protein）基因作为关键的肿瘤抑制因子，在原发性前列腺癌中呈现最高频的非同义突变（约10%），但不同突变对蛋白功能的影响机制尚不明确。由于实验验证所有突变成本高昂，计算生物学方法成为筛选高风险突变、揭示分子机制的重要突破口。

研究人员通过整合NCBI、gnomAD和Ensembl数据库，获得SPOP基因的561,875个SNP数据，利用SIFT、PolyPhen-2、PANTHER等7种生物信息学工具交叉筛选出43个有害非同义单核苷酸多态性（nsSNP），进一步通过PhD-SNP、SNP&GO等疾病关联预测平台锁定19个致病性突变。借助同源建模（SWISS-MODEL）和动态突变分析（DynaMut2），发现F102C、R221G、L293H等16个突变显著降低蛋白稳定性。研究还通过分子对接（SeamDock）评估25种植物活性化合物与SPOP的相互作用，并结合100ns分子动力学模拟（GROMACS）和MM-PBSA结合自由能计算验证结合稳定性。

3.1. Retrieval of SNP IDs

通过多数据库联合分析，在SPOP基因中鉴定出36102个编码区变异，其中1933个为非 synonymous突变，为后续功能筛选提供数据基础。

3.2. Deleterious SNP prediction by SIFT and PolyPhen

综合7种预测工具发现30个nsSNP具有高危害性，其中16个（包括F102C、R221G等）在所有工具中一致被判定为致病突变，提示这些位点可能显著破坏SPOP的抑癌功能。

3.3. Association of nsSNPs with disease

疾病关联分析显示R221G、L293H、I325S等突变与前列腺癌发生直接相关，且在多平台验证中呈现高致病概率，为临床突变筛查提供重点靶标。

3.4. Analysis of nsSNP Effects on Protein Stability

稳定性预测表明16个突变中13个导致蛋白结构 destabilizing（如ΔΔG_W131S=-2.71 kcal/mol），印证其功能损害潜力。

3.5. Analyzing the Post-Translational Modifications (PTM)

PTM位点分析发现Y87N、R138C等突变影响甲基化、泛素化修饰，可能干扰SPOP介导的底物降解通路。

3.6. Homology modeling and validation of structure

同源建模获得GMQE=0.90的高质量SPOP模型（ERRAT=94.98，Ramachandran核心区占比95%），为后续突变体分析提供可靠结构基础。

3.8. Prediction of cancer-causing nsSNPs

Mutation3D服务器聚类分析揭示K286N、A220G等7个突变形成空间聚集区，可能与癌症驱动功能相关。

3.9. Structural analysis of SPOP by the HOPE server

突变体结构比对显示F102C、R221G等引起残基大小、电荷性质改变（如R221G导致正电荷丢失），直接破坏蛋白相互作用界面。

3.10. Conducting computational analysis and molecular docking studies

分子对接发现薯蓣皂苷（Diosgenin）与SPOP结合能达-7.5 kcal/mol，关键氢键涉及ASN62/ASP63/LYS64/SER295。MD模拟显示复合物RMSD稳定在2.9-3.3?，结合自由能计算证实ΔG_bind=-14.21 kcal·mol^-1，提示其作为先导分子的潜力。

本研究通过系统性计算分析揭示SPOP基因中16个高风险突变的结构与功能影响，首次发现薯蓣皂苷能稳定结合SPOP并可能恢复其抑癌功能。该研究不仅为前列腺癌的精准医疗提供突变筛查重点和机制见解，还为天然产物靶向治疗开发提供新方向，发表于《In Silico Research in Biomedicine》的成果凸显计算生物学在复杂疾病机制解析和药物发现中的关键价值。