靶向班氏丝虫谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的抗丝虫分子结构设计与验证：从计算模拟到体外实验的创新策略

为解决淋巴丝虫病（LF）现有药物耐药性高、副作用大等问题，研究人员通过结构导向的药物设计，靶向班氏丝虫（Wuchereria bancrofti）关键抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶（GPx），筛选出特异性结合分子（结合能-7.628至-7.152 kcal/mol），经分子动力学（MD）模拟和体外实验（Setaria digitata模型）验证其抑制活性优于伊维菌素（ivermectin），为开发新型抗丝虫药物奠定基础。

　　

淋巴丝虫病（Lymphatic Filariasis, LF）是一种由蚊媒传播的致残性寄生虫病，全球约90%病例由班氏丝虫（Wuchereria bancrofti）引起。现有药物如乙胺嗪（DEC）和伊维菌素（IVM）因耐药性和无法覆盖寄生虫全生命周期而疗效受限。更棘手的是，班氏丝虫通过其抗氧化防御系统（如谷胱甘肽过氧化物酶GPx）中和宿主产生的活性氧（ROS），实现长期存活。这一机制成为药物开发的新靶点，但该酶的三维结构尚未解析，且传统筛选方法效率低下。

针对这一挑战，中央印度大学的研究团队在《Computers in Biology and Medicine》发表研究，首次通过同源建模构建了WbGPx的三维结构，结合分子动力学（MD）模拟评估其稳定性，并采用计算筛选从ChemBridge数据库中发现高亲和力小分子。通过ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）分析和体外实验验证，最终获得优于标准药物的候选分子。

关键技术方法
研究采用模板建模（以小鼠GPx6为模板，PDB ID:7FC2）构建WbGPx结构，经Ramachandran图验证模型质量。通过分子对接筛选ChemBridge数据库，结合100 ns MD模拟分析复合物稳定性，辅以自由能景观（FEL）和“箭猪图”可视化动态变化。体外实验使用牛寄生虫Setaria digitata评估抑制活性，对比伊维菌素的半数抑制浓度（IC₅₀）。

研究结果

1. WbGPx结构建模与验证
   模板匹配显示WbGPx与小鼠GPx6序列相似度39.59%，模型RMSD仅0.62 ?。活性位点分析证实其依赖半胱氨酸（Cys）而非典型硒代半胱氨酸（Sec）的独特催化机制。

2. 虚拟筛选与结合特性
   筛选获得多个结合能达-7.628 kcal/mol的分子，其与WbGPx的氢键和疏水相互作用显著强于人源GPx（HsGPx），体现物种选择性。

3. 动态稳定性分析
   MD模拟显示候选分子使WbGPx结构更紧凑（回旋半径减少12%），关键结合残基如Gly⁴⁸和Cys¹⁰²的波动幅度降低50%。

4. 体外活性验证
   在Setaria digitata模型中，先导分子抑制率超80%，IC₅₀较伊维菌素降低3倍，且无细胞毒性。

结论与意义
该研究首次阐明WbGPx的结构特征及其抗氧化防御机制，并发现靶向该酶的高效抑制剂。通过整合计算与实验验证，不仅解决了传统抗丝虫药物的耐药性问题，还为开发覆盖寄生虫全生命周期的多阶段疗法提供了新思路。Muthusamy Sureshan等作者强调，这一策略可扩展至其他依赖抗氧化系统的热带病治疗，推动全球消除LF的进程。