基于生物活性化合物的炎症性肠病多靶点药物发现综合计算策略

【字体: 时间:2025年05月04日 来源:Scientific Reports 3.8

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  炎症性肠病(IBD)治疗面临挑战,研究人员针对 IBD 开展多靶点药物发现研究。通过虚拟筛选等技术,发现 Cassiamin C 等 5 种化合物有治疗潜力,其中 Ginkgetin 表现突出。该研究为 IBD 治疗提供新方向。

  在人体的消化系统中,炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)如同一个难缠的 “小恶魔”,它包括溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis,UC)和克罗恩病(Crohn’s Disease,CD)。这一疾病的病因至今仍是个谜,遗传和环境因素似乎在背后 “捣鬼”。患者常常被腹痛、腹泻和体重减轻等症状折磨,生活质量大打折扣。随着全球范围内 IBD 发病率的不断攀升,寻找有效的治疗药物迫在眉睫。
以往针对 IBD 的治疗研究大多聚焦于单一靶点,然而 IBD 复杂的发病机制使得这种单一靶点的治疗策略难以取得理想效果。因此,开发能够同时作用于多个靶点的药物成为了新的研究方向。在此背景下,来自 Fasa University of Medical Sciences 等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究,相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多靶点策略,旨在评估特定化合物对 IBD 的治疗潜力。他们将目光聚焦于磷酸二酯酶 4(Phosphodiesterase 4,PDE4)和脯氨酰羟化酶结构域酶 1 和 2(Prolyl Hydroxylase Domain Enzymes 1 and 2,PHD1/2)这几个关键靶点。PDE4 在炎症过程中扮演着重要角色,它能将环磷酸腺苷(Cyclic AMP,cAMP)转化为单磷酸腺苷(Adenosine Monophosphate,AMP),抑制 PDE4 可以减少炎症细胞因子的产生。而 PHD1/2 则参与调节缺氧诱导因子 -α(Hypoxia-Inducible Factor-alpha,HIF-α)的水平,抑制 PHD1/2 能够增加 HIF-α 的含量,进而强化上皮屏障。

为了开展研究,研究人员运用了多种关键技术方法。首先是基于结构的药物设计虚拟筛选技术,他们从蛋白质数据库(Protein Data Bank,PDB)获取人 PDE4B、PHD1 和 PHD2 的三维结构,以 Apremilast 和 Vadadustat 作为参考配体,利用 AutoDock FR 软件准备蛋白质,通过 OpenBabel 程序处理配体,进行分子对接研究。其次,使用 OSIRIS Property Explorer 和 pkCSM 网站评估化合物的理化性质、药代动力学参数(如吸收、分布、代谢、排泄和毒性,即 ADMET 特性)等。此外,运用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟研究配体与受体在生理条件下的相互作用,还通过聚类分析和 MM-PBSA 方法计算结合自由能等。

在研究结果部分,研究人员从 PubChem 数据库的 2299 种草药化合物中筛选出 5 种化合物,分别是 Sojagol、Cassiamin C、Hinokiflavone、Sciadopitysin 和 Ginkgetin。

  • ADMET 分析和毒性评估:这 5 种化合物的肠道吸收率较高,血脑屏障通透性低,且无毒性或致突变性,具备进一步研究的潜力。
  • 复合物稳定性和紧密性:通过 RMSD、RMSF、Rg 和 RDF 等分析表明,PDE4B、PHD1 和 PHD2 与这些化合物形成的复合物在模拟过程中结构稳定,局部波动小,保持了合理的紧密性,化合物能有效与结合位点相互作用并维持稳定构象。
  • 结合自由能和相互作用分析:运用 MMPBSA 方法计算发现,Ginkgetin 与 PDE4B 结合的自由能最低,为 - 231.24±2.69 kJ/mol,在抑制 PDE4B 方面表现出色;在抑制 PHD1 时,Ginkgetin 同样效果显著,结合自由能为 - 135.99±4.73 kJ/mol ;而 Hinokiflavone 对 PHD2 的抑制作用最强,结合自由能达到 - 169.99±3.83 kJ/mol。这些化合物与参考配体相比,在结合亲和力和稳定性上表现更优。

综合研究结果和讨论部分来看,该研究意义重大。研究人员发现的这 5 种化合物对 PDE4B、PHD1 和 PHD2 均有显著抑制活性,为 IBD 的治疗提供了新的潜在药物候选物。未来,通过进一步的体外和体内研究,有望验证这些化合物的疗效和安全性,从而为 IBD 患者带来新的治疗希望。同时,该研究也凸显了多靶点药物设计在治疗复杂疾病方面的潜力,为后续相关研究提供了重要的参考和借鉴,推动了 IBD 治疗领域的发展。

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