XOR介导的硝基芳香族AGT抑制剂缺氧靶向还原机制：分子对接、分子动力学模拟与ONIOM（QM/MM）研究

为解决肿瘤治疗中因O6 -烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移酶（AGT）过度表达导致的化疗耐药问题，研究人员通过分子对接、分子动力学（MD）模拟和ONIOM（QM/MM）计算，系统探究了两种缺氧激活的AGT抑制剂（2-NBP和3-NBG）在黄嘌呤氧化还原酶（XOR）催化下的还原机制。研究发现2-NBP因更低的能量屏障和更稳定的结合模式更易被XOR还原，且活性位点水分子显著促进电子/质子转移。该研究为设计肿瘤靶向AGT抑制剂提供了理论依据，对提升烷化剂疗效具有重要意义。

　　

在癌症治疗中，烷化剂如替莫唑胺和卡莫司汀的疗效常因肿瘤细胞中O⁶
-烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移酶（AGT）的过度表达而大打折扣。这种酶能快速修复DNA损伤，导致化疗耐药。更棘手的是，传统AGT抑制剂如O⁶
-苄基鸟嘌呤（O⁶
-BG）缺乏肿瘤靶向性，会误伤正常细胞，引发骨髓抑制等副作用。如何精准抑制肿瘤内的AGT活性，同时保护正常组织？缺氧激活前药（HAPs）成为突破口——它们能在缺氧的肿瘤微环境中被特异性激活，而缺氧正是60%实体瘤的典型特征。

北京某高校的研究团队将目光投向两种硝基芳香族AGT抑制剂：2-硝基-6-苄氧基嘌呤（2-NBP）和O⁶
-（3-硝基）苄基鸟嘌呤（3-NBG）。通过分子对接、200 ns分子动力学（MD）模拟和两层的ONIOM（QM/MM）计算，团队揭示了它们在黄嘌呤氧化还原酶（XOR）催化下的六步电子/质子转移机制。研究发现，2-NBP的硝基芳环与XOR活性中心的黄素辅因子形成更稳定的π-π堆叠，其前三步和第六步还原能垒比3-NBG低10-15 kcal/mol。尽管3-NBG的第五步（决速步）动力学稍占优，但2-NBP整体还原效率更高。此外，活性中心的一个水分子通过氢键网络将第二次质子转移能垒降低达8 kcal/mol。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的工作，首次从原子层面阐明了硝基芳香族AGT抑制剂的酶促还原路径，为设计低毒高效的肿瘤靶向药物提供了新思路。

关键技术方法
研究采用人源XOR晶体结构（PDB: 2E1Q），通过SWISS-MODEL补全缺失残基，GOLD软件进行柔性分子对接构建酶-底物复合物。MD模拟使用AMBER力场，QM/MM计算采用B3LYP/6-31G(d):AMBER组合，过渡态通过同步转变态方法验证。

研究结果

1. 分子对接：2-NBP和3-NBG的硝基芳环均平行堆叠于XOR黄素辅因子的异咯嗪环上方，距离约3.5 ?，主要依赖疏水相互作用。
2. MD模拟：2-NBP的结合自由能比3-NBG低3.2 kcal/mol，其苯环与Phe914的π-π作用更稳定。
3. QM/MM计算：两种抑制剂均经历六步1e^?
   /1H⁺
   转移，2-NBP的第一、三、六步能垒分别比3-NBG低12.1、9.7和14.3 kcal/mol。水分子介导的质子穿梭使第二步能垒降低37%。

结论与意义
该研究证实2-NBP是更优的XOR底物，其结构特征（如硝基位置、嘌呤骨架刚性）显著影响还原效率。通过解析酶活性中心的水分子催化作用，提出了“氢键网络辅助质子转移”的新机制。这不仅为开发缺氧选择性AGT抑制剂提供了分子设计模板，也为其他硝基芳烃类HAPs的优化奠定了理论基础。