对ZINC15天然化合物的数据库挖掘发现了潜在的甲状腺受体β激动剂，可用于非酒精性脂肪肝病（NAFLD）的管理：一项计算机模拟研究

《Digital Discovery》：Database mining of ZINC15 natural compounds reveals potential thyroid receptor β agonists for NAFLD management: an in silico study

非酒精性脂肪肝（NAFLD）治疗研究通过计算筛选ZINC15数据库中的天然化合物，发现4-咖啡酰喹啉酸（化合物2）和二羟基脱氢狄柯尼菲醇（化合物18）具有高亲和力、稳定受体结合及优异选择性，其药理特性（如LogP、TPSA、毒性预警）符合临床转化标准，为NAFLD靶向治疗提供新候选。

　　非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是一种常见的代谢性疾病，目前尚缺乏有效的治疗手段。近年来，甲状腺受体β（THR-β）激动剂在控制NAFLD方面展现出良好的前景，主要通过改善肝脏脂质代谢。本研究采用多种计算机辅助方法，从ZINC15数据库中筛选出47,199种天然化合物，以识别具有潜在THR-β激动剂活性的化合物。通过分子对接、分子动力学模拟（MD）以及主成分分析（PCA）、时间滞后独立成分分析-自由能表面（TICA-FES）和马尔可夫状态模型（MSM）等高级分析手段，发现4-O-咖啡酰奎宁酸（化合物2）和二氢xylo-双香豆酰醇（化合物18）是最具潜力的候选化合物。这些化合物显示出高结合亲和力和稳定的激动剂相互作用，其与THR-β关键残基如精氨酸316和精氨酸320的结合模式与参考激动剂Resmetirom和{3,5-二氯-4-[4-羟基-3-(丙-2-基)苯氧基]苯基}乙酸表现出相似性。长期MD模拟验证了这些化合物的稳定性，而MM/GBSA计算支持其良好的热力学特性。此外，化合物2和18在THR-β与THR-α之间的选择性较高，并且具有良好的药代动力学特性，且无显著毒性警报。这些结果表明，化合物2和18是治疗NAFLD的有希望的候选药物，值得进一步的实验验证。

NAFLD是全球范围内最常见的慢性肝病之一，特别是在西方国家。其患病率约为32%，男性患者比例（40%）高于女性（26%）。随着全球糖尿病和肥胖症的发病率上升，NAFLD的负面影响正逐渐成为公共卫生的主要问题。NAFLD的主要诱因包括高热量饮食、高果糖和动物蛋白摄入、缺乏运动以及整体的久坐生活方式。肥胖和2型糖尿病是NAFLD发生的重要风险因素，尤其是导致脂肪变性的初期阶段。脂肪变性指的是肝细胞中脂肪积累超过5%，且没有明显的病因如药物或酒精摄入。在某些情况下，这种疾病可能进一步发展为非酒精性脂肪肝炎（NASH），表现为肝小叶炎症、肝细胞损伤，以及不同程度的纤维化和肝硬化。尽管NASH通常是非进行性的，但在某些患者中可能发展为肝衰竭甚至肝细胞癌。

多项研究表明，脂肪肝疾病的发生与多种信号通路的紊乱密切相关，包括Sirtuin 1（SIRT1）、腺苷酸5′-单磷酸激活蛋白激酶（AMPK）、Toll样受体4（TLR4）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）、核因子κB（NF-κB）以及核因子红系2相关因子2（Nrf2）等。这些通路的异常活动在脂肪肝的病理过程中起着关键作用。此外，甲状腺激素在人类代谢调节中具有重要作用，其作用机制主要依赖于两种受体亚型：THR-α和THR-β。THR-α主要分布在脑、心脏和骨骼中，而THR-β则在肝脏、脑、肾脏和垂体中占据主导地位。尽管THR-α在神经发育中发挥重要作用，但THR-β则被认为是促进组织修复过程的关键因素。THR-β还负责甲状腺激素在肝脏中对脂质代谢的有益影响。THR-α和THR-β在结构上存在差异，这些差异在图像1中有所体现。

为了开发具有选择性的THR-β激动剂，过去二十年的研究重点在于探索其对代谢和神经疾病的治疗潜力，同时避免对骨骼和心脏产生严重的副作用。Sobetirome和Eprotirome等化合物在临床前研究中表现出良好的前景，但最终在临床试验中因不良反应而失败。Resmetirom（MGL-3196）是首个获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准的口服THR-β激动剂，于2024年3月获批用于治疗伴有中度至重度肝纤维化的非肝硬化NASH。该药物通过针对NASH相关的代谢紊乱的根本原因，配合饮食管理和运动干预，为治疗NASH提供了新的可能性。

与此同时，越来越多的研究发现，某些植物来源的活性成分在改善NAFLD患者的严重症状方面具有潜在的益处。例如，姜黄素、隐绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、咖啡酸、三甲胺、咖啡因、4-p-香豆酰奎宁酸、龙胆酸、白藜芦醇和水飞蓟素等化合物均被广泛研究和报道。这些化合物的潜在作用机制包括抑制肝脏中的氧化应激和炎症反应、降低脂肪酸合成酶的表达、增加肠道中乳酸菌的丰度、减少细胞凋亡和自噬作用、降低肿瘤坏死因子α（TNF-α）的产生，并上调一些关键通路如Nrf2、PPAR-α、AMPK和脂肪酸β-氧化通路。然而，目前尚无系统研究探讨植物来源的化合物是否具有THR-β激动剂的潜力。

随着药物研发领域的快速发展，计算机辅助方法在药物发现过程中扮演着越来越重要的角色。这些方法包括虚拟筛选、分子对接、分子动力学模拟以及药代动力学和毒性分析等。它们能够快速、高效地筛选大量化合物库，降低实验成本，并提供更准确的参数估算，如药物与靶点的结合亲和力以及新药候选物的物理化学性质。这些技术的进步为药物设计过程提供了新的思路和工具。

本研究旨在评估ZINC15数据库中天然化合物对THR-β受体的结合亲和力和激动剂潜力。为此，采用了四轮分子对接分析，随后进行短时和长时间的分子动力学模拟。对表现优异的化合物进行了详细的蛋白质动态分析，包括PCA、TICA-FES和MSM分析，以评估其对受体结构的长期影响。同时，还对这些化合物的药物特性、药代动力学（ADME）和毒性特征进行了评估。此外，通过分子对接和分子动力学模拟，研究了这些化合物对THR-β受体β亚型的选择性，以确保其对其他受体亚型（如THR-α）的低亲和力。

在分子对接分析中，所有天然化合物的结合亲和力均被评估。通过四轮对接，包括高通量虚拟筛选（HTVS）、标准敏感性（SP）、增强敏感性（XP）和诱导拟合对接（IFD），最终筛选出78种具有相似结合模式的化合物。这些化合物与参考激动剂Resmetirom和{3,5-二氯-4-[4-羟基-3-(丙-2-基)苯氧基]苯基}乙酸在结合模式和氨基酸相互作用方面高度相似。在这些化合物中，化合物2（4-O-咖啡酰奎宁酸）和化合物18（二氢xylo-双香豆酰醇）显示出最佳的结合特性，其与THR-β关键残基如精氨酸316和精氨酸320的相互作用模式与参考激动剂一致。这些化合物在结合过程中表现出稳定的结合状态，并且具有良好的药物特性，如低分子量、合适的水溶性和高生物利用度。

为了进一步验证这些化合物的稳定性，进行了10纳米（ns）的短时分子动力学模拟。这些模拟帮助研究人员分析了蛋白质-配体复合物在细胞环境中的动态行为，包括结合稳定性、相互作用持续性和配体对蛋白质结构的影响。通过比较这些化合物与参考激动剂在短时模拟中的表现，最终筛选出六种化合物进行500 ns的长期模拟。在长期模拟中，化合物2和18表现出较低的均方根偏差（RMSD）值，并且其结合模式与参考激动剂高度相似。此外，它们在关键受体区域表现出较低的均方根波动（RMSF）值，表明其具有较高的激动剂潜力。值得注意的是，化合物2和18在结合过程中表现出良好的稳定性，并且在远离结合位点的区域也显示出增强的信号传递能力，类似于参考激动剂的行为。

为了进一步研究这些化合物的药代动力学和毒性特性，采用了SwissADME平台进行评估。该平台提供了对药物特性、吸收、生物利用度、代谢潜力和毒性预测的广泛分析。化合物2和18在药物特性、吸收能力和毒性方面均表现出良好的表现，而参考激动剂Resmetirom和{3,5-二氯-4-[4-羟基-3-(丙-2-基)苯氧基]苯基}乙酸则显示出类似的结果。尽管化合物2在Lipinski规则和Veber规则中表现出轻微的违规，但在实际应用中，其安全性仍可接受。而化合物18则完全符合这些规则，显示出良好的吸收能力和无毒性警报的特性。

此外，研究还发现，化合物2和18在多种疾病模型中表现出良好的治疗潜力。例如，化合物2在体外实验中显示出显著的抗糖尿病活性，能够通过抑制α-葡萄糖苷酶来减少糖分吸收，并通过抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）来调节胰岛素信号通路。在HepG2脂肪积累模型中，化合物2能够有效降低甘油三酯水平，其效果甚至优于他汀类药物，显示出治疗脂质代谢紊乱和脂肪肝的潜力。化合物18则显示出在骨代谢疾病中的治疗价值，如骨质疏松症，其通过模拟雌激素受体的激活，促进成骨细胞分化，并表现出显著的抗炎作用，能够通过抑制NF-κB信号通路来减少炎症反应。这些发现进一步支持了化合物2和18作为THR-β激动剂在NAFLD治疗中的应用前景。

综上所述，本研究通过系统的计算机辅助筛选，发现化合物2和18具有成为NAFLD治疗候选药物的潜力。这些化合物在结合THR-β受体时表现出稳定的结合模式和良好的药物特性，同时在THR-α受体上表现出较低的亲和力，确保了其对THR-β的高选择性。此外，它们在体外实验中显示出良好的治疗效果，如改善脂质代谢、抑制炎症反应和促进组织修复等。这些结果为未来进一步的实验研究和临床应用提供了坚实的理论基础。随着对这些化合物的深入研究，有望开发出更安全、高效的药物，以应对NAFLD带来的公共卫生挑战。