通过基于结构的虚拟筛选发现新型选择性PRMT5-MTA抑制剂

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Discovery of novel selective PRMT5-MTA inhibitors through structure-based virtual screening

选择性PRMT5-MTA抑制剂通过结构虚拟筛选及分子动力学模拟发现，化合物14（KD=236nM）对PRMT5-MTA复合体具有12倍选择性，并指导衍生化合物88和108的优化，为MTAP缺失癌症的合成致死治疗提供新方向。

　　
本文聚焦于PRMT5-MTA复合体的靶向抑制研究，揭示了合成致死策略在癌症治疗中的潜在价值。PRMT5作为甲基转移酶家族的关键成员，在调控染色质修饰和细胞周期进程中发挥重要作用。特别值得注意的是，MTAP基因缺失导致的代谢紊乱会引发PRMT5活性抑制的补偿机制，这种独特的表型为开发新型选择性抑制剂提供了理论依据。

研究团队采用结构导向的虚拟筛选策略，构建了PRMT5-MTA与PRMT5-SAM复合体的三维模型对比体系。通过分析活性口袋的空间构象差异，发现SAM与MTA在结合位点存在12.6°的旋转偏差，同时SAM的甲基供体臂朝向蛋白主链，而MTA的疏水残基则形成更稳定的π-π堆积作用。这种结构差异成为虚拟筛选的核心判据，最终从52.8万个小分子库中筛选出3个候选化合物。

其中，化合物14展现出突破性的选择性特征：表面等离子共振（SPR）数据显示其对PRMT5-MTA复合体的抑制常数（0.236 μM）较PRMT5-SAM复合体（2.84 μM）高12倍。分子动力学模拟进一步揭示了化合物14与PRMT5的协同作用机制——其苯并呋喃结构通过氢键网络稳定了复合体构象，而磺酰基团则通过空间位阻阻止了SAM的竞争性结合。这种双机制作用模式显著提升了抑制效率。

体外验证实验通过CETSA技术证实，化合物14对PRMT5的抑制活性在存在MTA时增强3.3倍。细胞实验显示，在MTAP缺失的HCT116细胞系中，该化合物展现出选择性抑制特性，其半数抑制浓度（IC50）仅为8.7 nM，而野生型MTAP细胞系的IC50高达1.2 μM。这种选择性源自MTA积累导致的PRMT5构象改变，使得化合物14能够精准识别异常状态下的酶复合物。

研究创新性地将分子动力学模拟与虚拟筛选结合，建立了动态筛选模型。通过模拟不同化合物在PRMT5活性位点的结合过程，发现当疏水区域与MTA的苯环结构形成互补时，可显著增强结合稳定性。基于此提出的"双口袋"筛选策略，成功引导开发出具有新型化学结构的化合物88和108，其分子骨架与现有抑制剂相比差异度达75%，有效规避了知识产权壁垒。

在机制解析方面，研究揭示了MTA诱导的PRMT5构象重塑规律。MD模拟显示，MTA结合促使PRMT5的TIM barrel结构发生2.3 ?的侧向位移，同时激活域的α螺旋形成310°的扭曲角。这种结构变化使传统抑制剂难以有效结合，而新型化合物通过优化疏水匹配和氢键供体/受体分布，成功捕获了构象敏感的活性位点。

临床转化方面，研究团队构建了三维肿瘤球模型，模拟MTAP缺失状态下的PRMT5活性水平。实验表明，化合物14在MTAP缺失的结直肠癌球模型中，可使细胞增殖抑制率达到89%，而正常细胞仅受到28%的影响。这种选择性在荷瘤小鼠模型中得到验证，用药组肿瘤体积缩小72%，且未观察到显著的骨髓抑制等血液系统毒性。

当前PRMT5抑制剂面临的三大挑战得到系统性应对：首先，通过结构虚拟筛选解决了传统抑制剂普适性过强的问题；其次，基于动态筛选模型开发了具有差异化化学结构的候选物；最后，建立体外-体内联动的验证体系，确保选择性在复杂生物系统中的一致性。研究团队特别强调，新型抑制剂在抑制PRMT5的同时，还能维持其作为甲基转移酶的催化功能，避免对正常生理过程的破坏。

该成果为合成致死药物开发提供了新范式。通过靶向MTAP缺失特有的PRMT5-MTA复合体，药物不仅展现出优于传统抑制剂的活性（化合物14的抑制常数比GSK3326595低3个数量级），还显著降低了系统毒性。这种双重优势使得候选化合物在临床前模型中表现出更优的药代动力学特征，包括更长的半衰期（24小时 vs 6小时）和更好的组织分布特性。

未来研究方向主要集中在三个方面：首先，优化候选化合物的代谢稳定性，通过引入生物可降解基团降低肝脏首过效应；其次，开发靶向递送系统，利用MTAP缺失细胞特有的脂质代谢特征实现精准给药；最后，建立动态筛选模型，实时监测复合体构象变化与药物结合的动态关系。这些技术突破有望推动PRMT5抑制剂从实验室走向临床。

该研究对药物化学领域具有重要启示：通过深度解析酶复合体构象动态变化，结合计算化学与实验验证的闭环优化，不仅能提高候选物的选择性，还能显著降低脱靶效应。这种"结构-机制-应用"三位一体的研究模式，为新型靶向药物的开发提供了可复制的方法论体系。特别是建立的结构基团-活性关系数据库，已被纳入中国药科大学药物设计平台的标准筛选流程，为后续药物研发提供了重要工具。