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细胞因子风暴与多种严重疾病相关，NF-κB 在其中起关键作用。研究人员针对 NF-κB 信号通路开展研究，筛选出 3 种潜在抑制该通路的化合物。这为抑制细胞因子风暴相关疾病提供新策略，有望推动相关疗法的发展。
在生命的微观世界里，细胞因子本是维持身体正常免疫和炎症反应的 “小卫士”，但在某些情况下，它们却会 “失控”，引发细胞因子风暴。细胞因子风暴如同一场 “免疫灾难”，与多种危及生命的疾病紧密相连，比如急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、多器官功能障碍、高炎症综合征等，新冠疫情期间，它更是成为重症患者生命的 “夺命杀手”。核因子 -κB（NF-κB）作为细胞内的关键调节因子，在炎症、免疫反应、细胞分裂、凋亡等众多细胞进程中都扮演着重要角色。在细胞因子风暴的发生发展过程中，NF-κB 也起到了推波助澜的作用，它的过度激活会促使促炎介质大量产生，进而加剧细胞因子风暴，导致多器官损伤，引发高死亡率。因此，抑制 NF-κB 信号通路，成为了对抗细胞因子风暴、降低相关疾病死亡率的关键研究方向。
为了解决这一难题，来自印度 Kcat Enzymatic Private Limited 公司计算生物学与人工智能部门等多个机构的研究人员携手开展研究。他们通过一系列实验和分析，筛选出了 3 种具有潜力的化合物，这些化合物能够抑制 NF-κB 信号通路，有望成为控制细胞因子风暴的有力武器。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为相关疾病的治疗提供了新的思路和潜在药物靶点，对未来开发更有效的治疗策略具有重要意义。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先，利用 AlphaFold 对人 p50/RelA (p65) 复合物进行建模，并通过与已知结构比对和 PROCHECK 验证，获得可靠的蛋白结构。然后，从 Angelicin 和 Psolaren 支架出发，运用理性设计和 WADDAICA 服务器（基于深度学习）构建化合物库。接着，借助 CASTp 3.0、trj_cavity 和盲对接等方法确定 NF-κB 的靶口袋，并使用 Auto dock 4.2 进行分子对接筛选。最后，运用 AMBER99SB 力场和 GROMACS 软件对筛选出的分子进行分子动力学模拟，通过 MMPBSA 方法计算结合亲和力，全面分析分子与 NF-κB 的相互作用。
研究结果
- 构建靶向化学库：研究人员采用理性设计和 WADDAICA 网络服务器两种方法，构建了基于 Angelicin 和 Psolaren 的小分子数据库，共包含 101 种化合物，其中 50 种为理性设计，51 种来自 WADDAICA 服务器。这些化合物为后续筛选 NF-κB 抑制剂提供了丰富的素材。
- 确定 NF-κB 靶口袋及分子对接：通过 CASTp 3.0、trj_cavity 和以 Angelicin 为探针的盲对接等方法，在 NF-κB（p50/p65）上确定了两个可成药口袋 A1 和 A2。口袋 A1 位于 NF-κB-p50 结构域，周围有许多带电和极性残基；口袋 A2 位于 NF-κB p50/p65 异二聚体的相互作用交界处，由极性、非极性和带电残基环绕 。利用 Auto dock 4.2 对 101 种化合物与 NF-κB 异二聚体进行分子对接，根据结合亲和力筛选出 NF49、NFAI64 和 NF30 三种化合物。结果显示，理性设计的分子在口袋 A1 中的平均结合亲和力更高，而在口袋 A2 中，两种设计方法的分子平均结合亲和力相似 。
- 配体结合模式及相互作用分析：使用 BIOVIA Discovery Studio Visualizer 对筛选出的化合物与 NF-κB 的结合模式和相互作用进行分析。在口袋 A1 中，NFAI64 和 NF49 通过与 p50 结构域的残基形成 π- 阴离子、π- 烷基和氢键等相互作用，影响转录速率，进而调控细胞因子的产生；在口袋 A2 中，NFAI64 形成的氢键数量最多，显示出较高的成药亲和力，而 NF30 虽氢键形成较少，但与 p65 结构域的残基存在多种非氢键相互作用 。
- 分子动力学（MD）验证预测结合模式：对筛选出的 4 种分子与 NF-κB-DNA 复合物进行全原子分子动力学模拟。结果表明，所有分子在口袋中均表现出稳定的相互作用。MM-PBSA 计算显示，NF30 在口袋 A2 中的结合能最高（?60.92 ± 1.83 kJ/mol），而 NF49 在对接中表现出的高能量在 MM-PBSA 计算中较低，可能是由于其结合区域暴露于溶剂中 。RMSD、RMSF 和原子接触分析进一步揭示了各分子与 NF-κB 相互作用的特点和差异。
研究结论与讨论
研究人员通过虚拟筛选和分子动力学模拟，从 101 种源自 Psoralen 和 Angelicin 的小分子化合物中，筛选出了 3 种潜在的 NF-κB 抑制剂（NF49、NF30 和 NFAI64），它们能够抑制 NF-κB/DNA 复合物的形成，为后续设计 NF-κB 活性调节剂和生物抑制剂提供了新的候选分子。同时，研究还发现不同化合物与 NF-κB 的相互作用模式存在显著差异，NF30 与 NF-κB 氨基酸残基的原子接触比例高达～89%，这与它在口袋 A2 中的高结合亲和力相关；NF49 则表现出与核苷酸的独特相互作用模式，其与核苷酸的相互作用比例超过 72% 。这些发现不仅为理解 NF-κB 抑制剂的作用机制提供了依据，也为进一步设计基于电荷相互作用的小分子或肽类抑制剂提供了思路，有望通过竞争性抑制的原理，阻止 NF-κB 与带有负电荷的 kB 位点结合，从而抑制细胞因子风暴。
此外，NF-κB 在多种与细胞因子风暴相关的疾病，如新冠、过敏反应、移植物抗宿主病等疾病的发病机制中都起着关键作用。该研究成果为这些疾病的治疗提供了潜在的治疗策略，即通过靶向 NF-κB 信号通路抑制细胞因子风暴。未来的研究可以在此基础上，进一步优化这些潜在抑制剂的结构，提高其抑制活性和特异性，开展更多的实验验证其在体内的疗效和安全性，为开发针对细胞因子风暴相关疾病的新型治疗药物奠定坚实基础。
