PCSK9–LDLR相互作用的别构抑制：小分子设计的结构基础

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Allosteric inhibition of the PCSK9–LDLR interaction: structural insights for small molecule design

PCSK9通过直接与LDLR相互作用调节血浆LDL胆固醇水平，开发口服小分子抑制剂面临蛋白-蛋白相互作用表面平坦的挑战。本研究通过分子动力学模拟和互信息分析，揭示了异构体化抑制机制：高亲和力化合物（如cpd9、cpd6）与R357、R458、R476形成稳定静电网络，D360残基在所有化合物中均发挥关键静电锚定作用，但无法解释效力差异。动态分析显示，强效抑制剂维持了长程通信（D374–C378），而弱效抑制剂无法维持这种通讯，导致与无抑制剂结构相似。研究成果为设计高效口服PCSK9抑制剂提供了结构动力学框架。

　　

Proprotein转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型（PCSK9）通过与低密度脂蛋白受体（LDLR）的直接相互作用来调节血浆中的低密度脂蛋白（LDL）胆固醇水平，因此成为降脂治疗的临床验证靶点。虽然单克隆抗体已显示出疗效，但由于蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）表面较为复杂且平坦，口服可用的小分子抑制剂仍然很少。在这项研究中，我们利用分子动力学（MD）模拟和互信息（MI）分析，阐明了别构PCSK9抑制的机制，研究对象是一系列基于四氢异喹啉的化合物（cpd）。高亲和力的化合物（如cpd9和cpd6）能够同时与关键极性残基R357（催化结构域）、R458和R476（C端结构域）结合，通过稳定的静电网络以及持久的氢键和盐桥将配体固定住。相比之下，低亲和力类似物缺乏与R476结合的取代基，导致结合力较弱且焓稳定作用降低。值得注意的是，D360在所有化合物中都提供了强烈的库仑相互作用，并作为重要的静电锚点，尽管它无法解释不同化合物之间的效力差异。成对焓和距离分析显示，在LDLR界面处存在局部能量重新分布：配体结合后，D310-L-R194-P盐桥减弱，而N295-L-D238-P接触则略有增强。基于MI的动态映射表明，高效抑制剂能够保持别构口袋与LDLR结合段D374-C378之间的长距离耦合，而低效抑制剂则无法维持这种连接，这与无抑制剂的状态相似。这些结果共同定义了一个结构动态轴，将局部的界面调节与长距离的别构通信联系起来，并为设计具有更强效力和效果的下一代别构PCSK9抑制剂提供了机制框架。