通过计算机模拟方法对糖尿病视网膜病变中IGF2BP3介导的m6A动态变化进行机制研究，以探索治疗干预途径

《Journal of Molecular Graphics and Modelling》：Mechanistic exploration of IGF2BP3-mediated m6A dynamics in diabetic retinopathy for therapeutic interventions through in silico approaches

通过高通量虚拟筛选和分子动力学模拟，发现KH4结构域是IGF2BP3的最佳靶向区域，鉴定出三个候选抑制剂（Y040–1954、C200-9224、1761-0723），其与GXXG motif结合并稳定抑制IGF2BP3的RNA结合功能，为糖尿病视网膜病变治疗提供新方向。

　　IGF2BP3 是一种在 mRNA 定位、稳定性及翻译调控中起关键作用的蛋白质。在癌症研究中，IGF2BP3 的过表达已经被广泛探讨，但近年来的证据表明，它在糖尿病视网膜病变（DR）中也扮演着重要角色。DR 是导致失明的重要原因之一，IGF2BP3 通过调控促血管生成和促炎症因子，如血管内皮生长因子（VEGF），从而影响视网膜血管的损伤、新生血管形成和炎症反应。这些效应使得 IGF2BP3 成为 DR 潜在的治疗靶点。因此，本研究采用了高通量虚拟筛选（HTVS）和分子动力学（MD）模拟，以识别可能的 IGF2BP3 抑制剂，并重点关注其 KH3 和 KH4 两个 RNA 结合结构域。经过分析，KH4 结构域被选为最优的靶点，因为它具有更高的药物可及性评分。在 ChemDiv 数据库中进行的 HTVS 识别出三个有前景的候选分子：Y040–1954、C200-9224 和 1761-0723。这些候选分子与 KH4 结构域中的 GXXG 模体表现出强烈的相互作用，而该模体对于 RNA 结合至关重要。密度泛函理论（DFT）和分子对接分析进一步验证了这些候选分子的反应性和结合亲和力。MD 模拟在 200 ns 的时间尺度上显示，IGF2BP3 与抑制剂形成的复合物在结构上保持稳定，且具有持续的氢键作用，特别是涉及关键残基 Ser624、Ser627 和 Thr628。这些发现表明，所识别的化合物可能能够干扰 IGF2BP3 与 m6A 修饰 RNA 的相互作用，从而阻止其在 DR 中稳定促血管生成和促炎症 mRNA 的功能。通过实验验证和优化，这些化合物有望显著推动 DR 的治疗进展，为这一导致失明的主要疾病提供新的治疗希望。

随着糖尿病的全球流行日益加剧，预计到 2050 年，将有超过 13.1 亿人患有糖尿病。糖尿病及其长期并发症的发病机制涉及一系列复杂的信号通路网络。近年来，RNA 结合蛋白和细胞 RNA 甲基化动力学，特别是 m6A 修饰 RNA，被发现是糖尿病引起的内皮功能障碍和微血管异常的主调控因子。这些调控因子在眼部疾病（如糖尿病视网膜病变）中尤为关键。DR 的病理生理学机制在慢性高血糖、缺氧、氧化应激和炎症的条件下，导致视网膜神经退行性病变，最终引发临床表现，如微动脉瘤、脂蛋白沉积和渗出物形成，以及异常的血管增生。此外，DR 在早期阶段往往难以被检测到，直到患者的视力受损并寻求医疗帮助。此时，视网膜的病理变化加速了疾病的发展。因此，缺乏有效的治疗手段来预防 DR 的发生或早期进展，成为眼科领域亟待解决的问题。

过去四年，关于 m6A 及其相关蛋白在 DR 中作用的研究迅速增加。氧诱导视网膜病变（OIR）小鼠模型的研究表明，m6A 效应器在视网膜血管生成中具有显著的调控作用。在高糖环境下，视网膜周细胞的 m6A 水平在体外实验中升高，而小鼠视网膜在糖尿病应激下也表现出 METTL3 依赖的 m6A 水平变化。METTL3 的敲低可以抑制周细胞功能障碍和血管并发症，并且 Suo 等人 [37] 提出 METTL3-YTHDF2-PKC-η/FAT4/PDGFRA 信号轴作为治疗糖尿病患者微血管功能障碍的有吸引力靶点。同样，YTHDF2 也被认为在 DR 的进展中起作用，通过加速细胞自噬和抑制细胞凋亡，或者通过介导 FAK/PI3K/AKT 信号通路来降低 ITGB1 mRNA 的稳定性，最终导致异常的视网膜炎症反应、新生血管形成和血管渗漏。最近的一项研究显示，ω-3 多不饱和脂肪酸（ω-3PUFAs）可以通过 METTL14 依赖的调控机制抑制缺氧诱导的视网膜新生血管形成，从而减轻微胶质细胞焦亡。

IGF2BP 家族（包括 IGF2BP1、IGF2BP2 和 IGF2BP3）是一类 m6A 阅读蛋白，调控 mRNA 的稳定性与翻译，影响特定 RNA 结合蛋白（如 HuR 和 PABPC1）与靶向 mRNA 的结合。特别值得注意的是 IGF2BP3，它在胃癌细胞中通过 m6A 依赖的方式稳定并增强 HIF1α mRNA 的表达，从而促进缺氧诱导的细胞迁移和血管生成。同样，IGF2BP3 和 YTHDF2 通过 RBM15 的作用稳定了 m6A 修饰的 VEGFA mRNA，从而促进肝细胞癌中的血管生成。有趣的是，循环 IGF2BP3 的血清水平与 2 型糖尿病的风险显著相关，这与癌症中 IGF2BP3 的作用相似，使其成为这些疾病的重要预后标志物。Tian 等人 [2024] 的最新研究发现，IGF2BP3 的表达在高糖诱导的视网膜色素上皮（RPE）细胞损伤中直接激活 NF-κB 信号通路，这进一步证明了 IGF2BP3 在糖尿病相关视网膜并发症中的关键作用。IGF2BP 家族整体具有 56% 的氨基酸序列同源性，特别是在 K Homology（KH）结构域，该结构域负责识别和结合 RNA。Huang 等人 [2018] 的研究揭示了 IGF2BP 蛋白作为 m6A 阅读蛋白的新功能，能够通过 m6A 依赖的方式稳定和储存其靶向 mRNA。具体而言，研究发现 IGF2BP 的 KH3 和 KH4 结构域对于识别 m6A（共识序列为 GG(m6A)C）至关重要，从而促进 mRNA 的稳定性与翻译。在高血糖条件下，IGF2BP3 是 IGF2BP 家族中显著上调的成员，其 KH 结构域在识别和稳定与血管生成相关的 mRNA（如 HIF1α 和 VEGFA）中发挥关键作用，这些 mRNA 是 DR 发病机制的核心驱动因素。因此，本研究假设，针对 IGF2BP3 的 KH 结构域设计的小分子抑制剂可以干扰其对这些 mRNA 的稳定作用，从而成为治疗 DR 的潜在靶点。

为了验证这一假设，本研究首先对 IGF2BP3 的 KH3-4 结构域进行了分子建模和 MD 模拟。IGF2BP3（UniProt ID: O00425）由 N 端的 RRM 结构域组成，随后是无序区域和 KH 结构域。在 KH 结构域中，KH3 和 KH4 具有最高的可行性，作为主要的 RNA 结合模块。因此，仅获取 KH3-4 结构域的序列（从 405 到 553 位点），并进行 blastP 分析，以识别可用于构建 IGF2BP3 KH3-4 三维结构的合适模板。最终，选择 PDB ID: 7WW3_chain A（Mus musculus 的 IGF2BP1）作为建模依据。经过优化，该模型的 DOPE 分数显示 94% 的残基处于最有利区域，6% 的残基处于允许区域，而无残基处于不允许区域。这表明构建的模型具有较高的结构可靠性。随后，MD 模拟在 200 ns 的时间尺度上进行，以评估 IGF2BP3 与候选抑制剂形成的复合物在结构上的稳定性。模拟结果显示，这些复合物在结构上保持稳定，并且在氢键作用方面表现出一致性，特别是涉及关键残基 Ser624、Ser627 和 Thr628。这些发现进一步支持了候选分子作为 IGF2BP3 抑制剂的潜力。

通过这些研究，我们希望揭示 IGF2BP3 在 DR 中的作用机制，并为开发针对该靶点的药物提供理论依据。IGF2BP3 的过表达与 DR 的进展密切相关，它通过稳定和增强 m6A 修饰的 mRNA 来促进血管生成和炎症反应。因此，开发能够干扰 IGF2BP3 与这些 mRNA 相互作用的小分子抑制剂，可能成为治疗 DR 的新策略。本研究的成果不仅有助于理解 IGF2BP3 在 DR 中的生物学功能，还为寻找新的药物靶点和开发有效的治疗手段提供了科学支持。随着对 IGF2BP3 的深入研究，我们期待这些发现能够推动糖尿病视网膜病变的治疗进展，为患者带来更好的预后和生活质量。