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为应对多重耐药（MDR）铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）感染难题，研究人员针对脂多糖（LPS）合成关键酶 LpxC，通过分子对接、ADMET 分析、密度泛函理论（DFT）及分子动力学（MD）模拟等方法，筛选出新型抑制剂 P-2，为抗 MDR 感染药物开发提供新方向。
细菌耐药性正成为全球健康的重大威胁，世界卫生组织（WHO）数据显示，仅抗菌耐药（AMR）每年就导致约 70 万人死亡，预计 2050 年这一数字将攀升至 1000 万。在多重耐药（MDR）细菌中，以铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）为代表的 ESKAPE 病原体尤为棘手，其外膜脂多糖（LPS）的核心合成酶 LpxC（UDP-3-O-((R)-3 - 羟基肉豆蔻酰)-N - 葡萄糖胺脱乙酰酶）因高度保守且与哺乳动物蛋白无同源性，成为极具潜力的药物靶点。然而，现有 LpxC 抑制剂如 CHIR0901、ACHN-975 等因毒性或疗效问题未能上市，开发新型抑制剂迫在眉睫。
在此背景下，沙特朱夫大学（Jouf University）等机构的研究人员开展了一项针对铜绿假单胞菌 LpxC 的新型抑制剂筛选研究。他们通过多维度计算生物学方法，成功识别出化合物 P-2（3-[(二甲氨基) 甲基]-N-[(2S)-1-(羟氨基)-1 - 氧代丁烷 - 2 - 基] 苯甲酰胺），证实其对 LpxC 具有强效抑制潜力。该研究成果发表于《Scientific Reports》，为抗 MDR 铜绿假单胞菌药物研发提供了关键线索。
研究主要采用以下技术方法：
- 虚拟筛选：以 PubChem CID 59323957 为参考配体，通过 SwissSimilarity 平台对 ZINC 和 ChEMBL 药物库进行基于配体的虚拟筛选（LBVS），以≥90% 相似性为阈值，筛选出 25 个 top-hit 化合物。
- 分子对接与动力学模拟：利用 Schr?dinger 软件对 LpxC（PDB ID: 5U3B）进行分子对接，通过 Glide 模块计算结合能，并运用 Desmond 进行 100 ns 分子动力学（MD）模拟，分析复合物稳定性。
- ADMET 与毒性评估：借助 SwissADME 和 ProTox 3.0 平台，评估化合物的药代动力学特性（如 Lipinski 规则五适配性）及毒性（肝毒性、致突变性等）。
- 密度泛函理论（DFT）分析：通过 Gaussian 09 程序计算最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）能量，结合分子静电势表面（MEPS）分析化合物反应活性。
研究结果
1. 虚拟筛选与药代动力学分析
从 ZINC 库筛选的 25 个化合物均符合 Lipinski 规则五，分子量≤500 Da，log P≤5，且胃肠道吸收良好。其中 P-1、P-2 等化合物表现出优异水溶性（log S 值≤-1.78），无明显 PAINS 警报，合成难度低（评分 < 4）。毒性预测显示，多数化合物无肝毒性，但 P-1、P-2 存在致突变性阳性，需进一步实验验证。
2. 分子对接与相互作用分析
分子对接结果显示，P-2 与 LpxC 的结合能为 - 6.263 kcal/mol，虽低于阳性对照（CCL，-8.96 kcal/mol），但其通过羟肟酸基团与锌离子（ZN501）配位，并与 THR190、GLU77 等关键氨基酸形成氢键及 π- 烷基相互作用，稳定性显著。2D/3D 相互作用可视化表明，P-2 的苯甲酰胺基团与 LEU18、ALA214 等疏水残基结合，增强了复合物亲和力。
3. DFT 与 MD 模拟验证
DFT 计算显示，P-2 的能隙（ΔEGap=0.02169 a.u.）低于 CCL，电离势（5.95 eV）和电子亲和势（5.36 eV）更高，表明其更易与靶点发生电子转移。MD 模拟中，P-2/LpxC 复合物的均方根偏差（RMSD）在 100 ns 内稳定在 2 ? 以内，均方根波动（RMSF）显示关键结合位点残基（如 THR190、HIS264）运动幅度小，而 N/C 端柔性区域波动不影响结合，证实了复合物的动态稳定性。
4. 主成分分析（PCA）与自由能景观（FEL）
PCA 显示，P-2 复合物的构象空间更广，表明其结合口袋灵活性较高；FEL 分析则显示，P-2 复合物具有较宽的能量阱，提示其与 LpxC 的结合模式更具适应性。结合自由能计算（MM/GBSA）显示，P-2 的结合能为 - 35 至 - 40 kcal/mol，虽略低于 CCL，但仍表现出中等强度结合，具备开发潜力。
结论与意义
本研究通过整合虚拟筛选、分子对接、ADMET 评估及 MD 模拟等计算生物学手段，成功鉴定出新型 LpxC 抑制剂 P-2。其通过靶向 Raetz 通路关键酶 LpxC，阻断脂多糖合成，进而抑制铜绿假单胞菌生长，且对哺乳动物靶点无同源性，安全性优势显著。尽管 P-2 的致突变性需通过体外 / 体内实验进一步验证，但其多维度计算验证结果已为抗 MDR 铜绿假单胞菌药物研发提供了重要先导化合物。该研究不仅拓展了 LpxC 抑制剂的结构多样性，也为 ESKAPE 病原体的药物开发提供了可借鉴的计算生物学策略，有望推动新型抗菌药物的临床前研究。
