利用计算机模拟虚拟筛选和基于结构的药物设计方法，鉴定新型Menin-MLL相互作用抑制剂以治疗白血病

《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》：Identification of novel Menin-MLL interaction inhibitors targeting leukemia using in-silico virtual screening and structure-based drug design approaches

本研究通过基于计算的系统方法筛选FDA批准药物，发现化合物52920501能有效抑制Menin-MLL1相互作用。利用虚拟筛选、PSICHIC机器学习模型、分子对接及DFT分析初步验证其潜力，结合300纳秒分子动力学模拟显示该化合物与Menin结合更稳定，RMSD低至0.35 nm，且在SMD模拟中表现出更高的解离力（600 kJ/mol/nm），ΔG结合为-4.75 kcal/mol，显著优于对照DS-1594b。药代动力学评估显示其符合Lipinski规则，且非P-gp底物，提示良好的药代特性和低毒性风险。该成果为MLL重排白血病治疗提供了新型靶向策略。

　　在当前医学研究中，白血病作为一类严重的血液系统恶性肿瘤，其发生机制与细胞内的复杂分子交互密切相关。尤其是混合系白血病（Mixed-Lineage Leukemia, MLL）重排亚型，因其高度侵袭性和较差的预后而备受关注。这类白血病通常由染色体易位导致KMT2A（即MLL1）基因形成致癌融合蛋白，这些融合蛋白通过干扰造血过程中的基因表达，促进白血病的发生。因此，识别能够阻断Menin与MLL1融合蛋白之间相互作用的分子，成为治疗此类白血病的重要策略。Menin作为一种关键的核支架蛋白，在MLL融合蛋白介导的白血病发生中扮演着重要角色，它通过与MLL蛋白的N端片段相互作用，影响转录机制的募集，从而调控致癌基因的表达。因此，Menin与MLL1之间的相互作用成为治疗研究的重点。

为了探索这一靶点，科学家们正在采用先进的计算方法，如虚拟筛选、分子对接、分子动力学模拟等，以高效地识别潜在的抑制剂。这类方法不仅能够减少实验成本，还能加速药物发现过程，同时降低毒副作用的风险。其中，一种名为DS-1594b的已知抑制剂已被证实具有显著的抑制效果，其结合能接近于-9.5 kcal/mol，表现出较强的靶向性。然而，由于临床可用的抑制剂种类有限，以及新药研发过程中较高的失败率，因此寻找新的、更优的Menin-MLL1抑制剂显得尤为迫切。

本研究采用了一种整合性的计算方法，以发现新的Menin-MLL1抑制剂。首先，研究人员从FDA批准的药物库中筛选出3203种化合物，并利用Lipinski规则进行初步筛选，排除不符合药物样性（drug-likeness）的分子。随后，通过聚类分析识别出与已知抑制剂结构和化学性质相似的化合物，以缩小研究范围。基于这一筛选结果，进一步采用PSICHIC机器学习模型预测化合物的结合亲和力和相互作用特性。PSICHIC模型能够通过序列数据提取分子间的相互作用指纹，从而帮助研究人员快速评估化合物的潜在药效。

在分子对接阶段，研究人员利用AutoDock Vina工具对候选化合物与Menin蛋白的结合情况进行预测。对接结果表明，某些化合物的结合能显著高于已知的抑制剂DS-1594b，其中最具潜力的候选化合物为52920501，其平均结合能为-8.89 kcal/mol，略低于DS-1594b的-8.88 kcal/mol，但表现出更强的动态稳定性和结合特性。随后，研究人员进一步评估了这些化合物的药代动力学性质和药物样性，使用SwissADME工具和ProTox-3.0服务器进行分析。结果显示，化合物52920501在多个关键参数上优于DS-1594b，如其不是P-糖蛋白（P-gp）的底物，可能减少因药物外排导致的耐药性问题。

为进一步验证化合物的结合稳定性，研究人员采用了密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）进行电子结构分析。DFT研究揭示了化合物52920501的电子特性，如其具有较低的HOMO能量（-0.09743 eV）和较高的LUMO能量（-0.10411 eV），表明其具有良好的电子亲和力和供体能力。此外，化合物的偶极矩（dipole moment）为30.09 D，远低于DS-1594b的63.26 D，这可能意味着其具有更小的极性，从而在某些生物环境中表现出更高的溶解度和稳定性。同时，化合物52920501的结合自由能（ΔG_binding）为-4.75 kcal/mol，显著优于DS-1594b的+7.05 kcal/mol，这表明其具有更优的结合热力学特性。

在分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟中，研究人员对化合物52920501及其对照化合物进行了长达300 ns的模拟。模拟结果显示，化合物52920501在结合过程中表现出更高的稳定性，其RMSD值在模拟过程中保持在0.30–0.35 nm之间，而对照化合物则表现出较大的波动。此外，RMSF分析表明，化合物52920501能够减少蛋白质的构象变化，特别是在结合位点区域，表现出更少的动态性。这说明该化合物不仅能够稳定地结合Menin蛋白，还能降低蛋白质的结构波动，从而增强其对靶点的调控能力。

在自由能景观（Free Energy Landscape, FEL）和主成分分析（PCA）中，研究人员进一步分析了化合物与蛋白质之间的动态相互作用。结果显示，化合物52920501能够将蛋白质的构象空间限制在更少的低能状态中，这表明其具有较强的稳定作用。相比之下，对照化合物则表现出更多的能量盆地和更复杂的构象变化。这些分析进一步支持了化合物52920501在结合亲和力和动态稳定性方面的优势。

为了进一步验证结合的稳定性，研究人员还采用了受控分子动力学（Steered Molecular Dynamics, SMD）模拟，以评估药物在结合位点上的机械稳定性。SMD模拟显示，化合物52920501需要更大的力（600 kJ/mol/nm）才能从结合位点上脱离，而对照化合物所需的力则较低。这一结果表明，化合物52920501与Menin蛋白的结合更为牢固，具有更高的抗外力能力。此外，SMD分析还揭示了该化合物在结合过程中表现出的动态特性，进一步证明了其在靶点上的作用机制。

综上所述，化合物52920501在多个关键指标上表现出色，包括结合能、药代动力学特性、电子稳定性以及动态结合行为。其在模拟过程中展现出较高的结合稳定性，能够减少蛋白质的构象波动，并且表现出较强的机械稳定性。这些特性使其成为一种具有潜力的Menin-MLL1抑制剂。然而，尽管计算结果提供了有力的支持，仍需通过体外和体内实验进一步验证其药效和安全性，以确定其在临床应用中的可行性。

本研究不仅为Menin-MLL1相互作用的抑制剂开发提供了新的候选化合物，还展示了整合多种计算方法在药物发现中的重要性。通过虚拟筛选、分子对接、分子动力学模拟、DFT分析以及SMD模拟，研究人员能够全面评估候选化合物的结合能力、动态行为和热力学稳定性。这些方法为未来药物设计和开发提供了新的思路和工具，特别是在针对具有复杂相互作用机制的靶点时。此外，本研究强调了已知药物在重新利用（drug repurposing）中的潜力，这有助于加速新药的开发过程，并降低研发成本。

尽管本研究的结果表明化合物52920501具有较高的结合潜力和动态稳定性，但仍需进一步实验验证其在真实生物系统中的效果。未来的研究可以结合实验手段，如细胞实验、动物模型实验以及临床试验，以评估该化合物在体内的抗白血病能力及其潜在的毒副作用。此外，研究还可以进一步探索该化合物与其他相关蛋白的相互作用，以确定其是否具有更广泛的治疗应用潜力。

本研究的发现为Menin-MLL1相互作用的抑制剂开发提供了重要的理论基础和实验指导。通过计算方法筛选出的化合物52920501，不仅在结合亲和力和动态稳定性方面表现出色，还具有良好的药物样性，这为后续的实验研究提供了强有力的支持。随着计算生物学和分子模拟技术的不断发展，这些方法将在未来药物发现和开发中发挥越来越重要的作用。