基于分子模拟的新型苯并呋喃衍生物作为泛基因型HCV NS5B聚合酶抑制剂的虚拟筛选与优化设计

本研究针对HCV（丙型肝炎病毒）多基因型特性导致的治疗难题，通过分子结构相似性虚拟筛选和分子对接技术，发现ZINC215816615等新型苯并呋喃类化合物可稳定结合不同基因型NS5B聚合酶。研究人员进一步设计出BFD-01/02两种优化分子，其C6位延伸结构通过增强疏水性和氢键网络显著提升结合能力，ADMET预测显示优良药代特性，为开发低成本泛基因型抗HCV药物提供新思路。

　　

丙型肝炎病毒（HCV）感染是全球公共卫生重大挑战，约7100万慢性感染者中10-20%会发展为肝硬化或肝癌。尽管直接作用抗病毒药物（DAAs）取得突破，但现有疗法存在两大痛点：高昂治疗成本迫使欠发达地区依赖基因型检测，而病毒高度变异性导致现有八种主要基因型（GT1a-GT8）对药物响应差异显著。尤其值得注意的是，NS5B RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）因其人类同源酶缺失而成为理想靶点，其中苯并呋喃类抑制剂（如BMS-986139）虽展现泛基因型潜力，但现有化合物在结合稳定性与药代特性方面仍有优化空间。

针对这一难题，新乡医学院医学工程学院联合河南省神经信息分析与药物智能设计国际联合实验室的研究团队，在《BMC Chemistry》发表最新成果。研究采用分子结构相似性虚拟筛选从ZINC15数据库获取130种苯并呋喃核化合物，通过分子对接、100 ns分子动力学（MD）模拟和MM/GBSA结合自由能计算，发现ZINC215816615等先导化合物对GT1a/1b/2a/2b型NS5B聚合酶具有优异结合能力（ΔG_bind最低达-84.76 kcal/mol）。基于"配体片段生长"策略设计的BFD-01/02分子，通过C6位延伸结构形成新型氢键网络（如BFD-01与Arg386形成三重氢键），使结合自由能进一步降低10-15%。ADMET预测显示新化合物具有理想logD_7.4（1-3）和血脑屏障穿透性（BBB<0.3），为开发无需基因分型的普惠型抗HCV药物奠定基础。

关键技术方法

研究采用多层次计算生物学策略：1）基于2-氟苯基苯并呋喃-C3-甲酰胺亚结构的ZINC15数据库初筛；2）MOE软件对GT1a（4KHM）、GT1b（5W2E）、GT2a（5TWM）、GT2b（3HVO）四种NS5B晶体进行柔性对接；3）AMBER18进行100 ns分子动力学模拟，TIP3P水模型和PME长程静电处理；4）MM/GBSA法计算结合自由能并分解残基贡献；5）ADMETlab 2.0平台预测药代特性；6）SYNTHIA^TM逆向合成分析。

研究结果

虚拟筛选与分子对接

从ZINC15筛选的化合物中，ZINC215816615对四基因型NS5B的对接得分（-7.8至-9.2 kcal/mol）均优于已报道抑制剂。分子动力学显示其RMSD在60 ns后稳定于1.86?内，半径回旋（Rg）维持在2.5 nm，提示复合物结构稳定性。

结合自由能分析

关键残基贡献图谱揭示：苯并呋喃母核通过Arg200、Cys316、Ser368等极性残基建立网络（ΔG<-1.5 kcal/mol），而C5/C6位取代基与Phe193、Tyr448等形成疏水口袋。值得注意的是，ZINC215816615在GT1b中与Tyr448的氢键使其ΔΔG降低3.46 kcal/mol，解释其基因型选择性。

结构优化设计

基于"配体生长"策略设计的BFD-01引入C6位磺酰基，与Arg386形成盐桥（ΔE_ele达-45 kcal/mol）；BFD-02的苯并咪唑基团则增强与Asn411的氢键（键长2.8?）。两者均使GT1a结合自由能降至-80 kcal/mol以下。

ADMET特性预测

ZINC215876403展现最优药代特性：logS=-3.2（可溶性范围）、Caco-2渗透性>-5.15 log cm/s，且无hERG抑制风险（cardiotoxicity score=0.82）。相较之下，BMS-986139存在呼吸毒性警示。

结论与意义

该研究首次系统阐明苯并呋喃类抑制剂通过Palm II亚域（Phe193/Arg200）和Palm I-III重叠区（Leu384/Tyr448）的双重作用机制实现泛基因型抑制。创新设计的BFD系列分子通过三个突破点提升疗效：1）C6位延伸结构填补NS5B结合腔隙；2）磺酰基/苯并咪唑引入增强静电相互作用；3）保持母核与Ser368关键氢键。SYNTHIA^TM逆向合成路线显示BFD-01可通过7步反应实现（总收率预估38%），具有工业化生产潜力。这项工作不仅为资源有限地区提供免基因分型治疗方案，更为抗病毒药物开发提供"结构优化-动态模拟-逆向合成"三位一体研究范式。