基于药物重定位与虚拟筛选策略发现皮肤利什曼病新型精氨酸酶抑制剂

这篇研究通过计算机辅助药物设计策略，聚焦皮肤利什曼病治疗靶点——利什曼原虫精氨酸酶（LamARG），采用同源建模构建三维结构模型，结合分子对接和药效团虚拟筛选技术，从2083种FDA批准药物中鉴定出口服抗凝药达比加群（Dabigatran）具有显著结合亲和力，其与活性位点关键残基（His139/Asp141/Glu288）的稳定相互作用经300ns分子动力学模拟验证，为开发新型口服疗法克服现有治疗方案的毒副作用和耐药性挑战提供了创新思路。

　　

精氨酸酶抑制剂的新发现：对抗皮肤利什曼病的计算生物学突破

皮肤利什曼病作为一种被忽视的热带疾病，在全球90多个国家每年造成160万新发病例。现有治疗方案受限于严重副作用、毒性和耐药性问题，亟需开发新型治疗策略。利什曼原虫精氨酸酶（LamARG）因其在寄生虫生存和增殖中的关键作用，成为极具潜力的治疗靶点。这项研究通过创新的计算生物学方法，为开发新型抗利什曼病药物提供了重要线索。

结构建模与验证

研究团队首先通过比较建模构建了LamARG的三维结构模型。以LmexARG（PDB ID: 4IU0）为模板，该模板与目标序列具有99.4%的序列同一性。模型验证显示：RMSD值0.29?，TM-score 0.99，Ramachandran图中90.9%残基位于最有利区域，Z-score为-8.45，均达到高分辨率蛋白结构的质量标准。ERRAT分析显示96.01%残基落在预期误差范围内，VoroMQA全局质量评分0.56，证实模型可靠性。

已知抑制剂分析

研究团队从文献和LeishInDB数据库中收集了20个已知LamARG抑制剂，包括酚酸类（如咖啡酸、没食子酸）、黄酮类（如儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯）等结构类型。分子对接分析显示，活性最强的化合物18（IC₅₀ 0.9μM）能与催化三联体残基Asp243、Asp141、His154和His139形成多重氢键，并通过π-π堆积与His139相互作用。相比之下，活性较弱的化合物8（IC₅₀ 120.8μM）仅与Asn152形成单氢键。

药效团模型构建

以化合物18为基础构建的药效团模型在测试集验证中表现出色：Goodness-of-hit评分0.86，富集因子25.27，Matthew相关系数0.68。该模型包含5个药效特征：两个氢键供体（坐标[6.2,-23.7,7.2]和[10.1,-19.9,15.4]）、两个氢键受体（[15.8,-22.4,6.7]和[5.5,-21.1,7.3]）以及一个芳香环（[8.2,-22.1,7.9]）。

虚拟筛选发现

在e-Drug 3D数据库的2083种FDA批准药物中，25种化合物显示出与药效团模型的显著匹配。经过口服给药途径和活性药物形式筛选，β-肾上腺素能激动剂普罗托醇（Protokylol）和抗凝药达比加群（Dabigatran）进入后续分析。分子对接显示达比加群与LamARG结合得分为28.45，能与关键残基Asn152、His154和Glu288形成氢键，并通过π-π堆积与His139相互作用。

分子动力学验证

300ns分子动力学模拟揭示重要发现：达比加群-LamARG复合物保持稳定，配体RMSD波动仅0.17±0.01nm，与活性位点维持674.83±76.33个接触点。氢键占据分析显示，达比加群与催化残基Asp141形成88.61%的持续相互作用。MM-GBSA计算结合自由能为-108.96±32.72kJ/mol，证实结合稳定性。相比之下，普罗托醇在120-170ns期间脱离活性位点，结合能仅-63.73±18.46kJ/mol。

这项研究首次通过计算生物学方法证实达比加群作为LamARG抑制剂的潜力，其口服生物利用度和已确立的安全性特征为开发皮肤利什曼病新型治疗方案提供了独特优势。未来实验验证将有助于确认这一发现，为克服现有治疗局限性和耐药性挑战开辟新途径。