通过理性化学修饰增强FDA批准药物异环磷酰胺和5-氟尿嘧啶治疗子宫内膜癌的潜力

本研究针对子宫内膜癌治疗中存在的耐药性和副作用问题，通过计算机辅助药物设计对异环磷酰胺(Ifosfamide)和5-氟尿嘧啶(5-FU)进行结构修饰，重点靶向KRAS G12C突变蛋白。研究人员采用分子对接、分子动力学模拟和ADMET分析等技术，成功开发出结合能提升至-7.5 kcal/mol的改良化合物，为开发新型子宫内膜癌治疗方案提供了重要理论基础。该成果发表在《Medical Oncology》上，为克服化疗耐药性提供了新思路。

　　

子宫内膜癌是女性第六大常见恶性肿瘤，每年导致约97,000例死亡，其中75-85%病例发生在绝经后妇女。这种疾病分为两种亚型：雌激素依赖的I型(占65-80%)和非雌激素依赖的II型(10-20%)。I型子宫内膜癌主要与PTEN、β-catenin和KRAS基因突变相关，其中KRAS突变最为常见。KRAS作为小GTP酶家族成员，其突变(特别是12号密码子)会导致MAPK和PI3K/AKT信号通路持续激活，促进肿瘤发生。目前化疗药物如异环磷酰胺和5-氟尿嘧啶虽有一定疗效，但长期使用会导致耐药性产生，且存在严重副作用，亟需开发新型治疗方案。

为解决这些问题，国内研究人员开展了一项创新性研究，通过计算机辅助药物设计方法对FDA批准的两种化疗药物进行结构修饰。研究团队首先从蛋白质数据库(PDB)获取KRAS突变蛋白(4LDJ和4NMM)的三维结构，从PubChem和EMBL-EBI获取药物分子结构。使用ChemSketch软件对药物进行多种修饰：在5-氟尿嘧啶的C-4位添加甲基和苯环，在苯环的C-3位添加氮原子和甲基，在C-4和C-5位添加氟原子；对异环磷酰胺则在C-3位用甲基取代氮原子，并用环戊烷环替换氯原子。通过AutoDock Vina进行分子对接分析，发现修饰后药物的结合能显著提高。进一步使用SwissADME和Molinspiration进行药代动力学和类药性评估，证实改良化合物具有良好的开发潜力。

研究采用了几项关键技术方法：1)从PDB数据库获取KRAS突变蛋白(4LDJ和4NMM)的三维结构；2)使用ChemSketch软件进行药物结构修饰；3)通过AutoDock Vina进行分子对接和结合能计算；4)利用iMODS服务器进行分子动力学模拟；5)采用SwissADME和Molinspiration工具进行ADMET分析和类药性评估。

在"筛选配体"部分，研究团队通过分子对接筛选了10种化疗药物，发现5-氟尿嘧啶和异环磷酰胺对KRAS突变蛋白的结合能较低(分别为-5.4和-5.0 kcal/mol)，因此选择这两种药物进行结构优化。"结构修饰和相互作用研究"显示，修饰后的5-氟尿嘧啶结合能提升至-7.5 kcal/mol，异环磷酰胺提升至-6.6 kcal/mol，表明结构修饰显著增强了药物与靶蛋白的相互作用。"蛋白-配体相互作用分析"通过PyMOL可视化证实，修饰后的5-氟尿嘧啶与4NMM蛋白形成4个氢键(键长2.7-3.0 ?)，与4LDJ蛋白形成1个范德华键(3.6 ?)。"复合物模拟分析"通过iMODS服务器进行分子动力学模拟，特征值分析表明修饰药物-蛋白复合物稳定性高，需要较大能量才能使其变形。

"临床前测试"部分通过SwissADME分析显示，修饰后的5-氟尿嘧啶分子量为277.24 g/mol，水溶性良好(LogS=-2.18)，具有高胃肠道吸收性，但不能穿透血脑屏障。异环磷酰胺分子量为293.77 g/mol，能穿透血脑屏障但皮肤渗透性低。"煮蛋模型"分析进一步验证了这些药代动力学特性。"Lipinski五规则验证"确认两种修饰药物均符合类药性标准，无规则违反。

研究结论表明，通过理性药物设计成功提高了5-氟尿嘧啶和异环磷酰胺对KRAS突变蛋白的结合亲和力，其中修饰后的5-氟尿嘧啶表现尤为突出，结合能达到-7.5 kcal/mol。ADMET分析证实这些改良化合物具有良好的药代动力学特性和开发潜力。该研究为克服子宫内膜癌化疗耐药性提供了新策略，特别是改良的5-氟尿嘧啶因其优越的结合特性和不能穿透血脑屏障的特点，成为最有前景的候选药物。虽然这是计算机模拟研究，但为后续实验验证和临床开发奠定了重要基础，有望推动子宫内膜癌治疗领域的进步。