肝细胞癌生物标志物的识别与治疗探索：基于分子对接和动力学模拟的计算机研究

本综述通过生物信息学分析识别肝细胞癌（HCC）预后生物标志物，聚焦CDK1/CKS2靶点，结合分子对接与动力学模拟（100 ns）提出地高辛（Digoxin, DB00390）作为潜在治疗药物，为HCC的早期诊断和靶向治疗提供新策略。

　　

背景

肝细胞癌（HCC）是全球癌症相关死亡的第三大原因，发病率排名第五，男性患病率较高，且在亚洲地区尤为常见。主要风险因素包括乙型和丙型肝炎病毒感染、肝硬化、非酒精性脂肪肝病（NAFLD）以及酗酒。由于晚期诊断，患者的生存率仅为20%左右，因此亟需开发早期检测方法以提高生存率。本研究旨在通过对微阵列数据集进行生物信息学分析，识别HCC的预后生物标志物，为潜在治疗靶点提供见解。

方法

研究团队分析了五个微阵列数据集，包括402个HCC样本和121个对照样本。通过差异基因表达分析、基因本体论（GO）和KEGG通路富集分析，识别了相关生物学通路。进一步通过蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析确定枢纽基因，并定量评估了靶向这些基因的转录因子和microRNA。此外，利用分子对接和动力学模拟（100 ns）筛选能够抑制差异表达枢纽基因活性的潜在药物候选分子。

结果

生物信息学分析识别出多个有前景的HCC生物标志物，其中CDK1/CKS2被确定为关键治疗靶点，在HCC发病机制中具有调控作用。通过虚拟筛选、ADMET分析、分子对接和动力学模拟，地高辛（DB00390）因其良好的药物相似性和稳定性被提出作为潜在的再利用药物候选。CDK1在HCC样本中表达上调，被视为参与多种细胞功能和过程的潜在癌基因。分子对接研究表明，地高辛与CDK1/CKS2蛋白具有强结合亲和力。均方根偏差（RMSD）分析证实了复合物在100 ns模拟期间的稳定性。分子动力学模拟揭示了结合位点的灵活性、复合物的结合自由能以及区域特异性残基对配体结合的贡献。

讨论

HCC因其晚期诊断和复杂特性而难以治疗。本研究通过差异基因表达分析识别出19个上调基因和61个下调基因，这些基因在所有数据集中均常见。GO和KEGG通路富集分析显示，下调基因富集的通路和术语数量显著多于上调基因。PPI网络分析确定CDK1和ESR1为枢纽基因，其中CDK1表达上调，ESR1表达下调。生存分析表明，CDK1高表达组和ESR1低表达组的患者总体生存率（OS）和无病生存率（DFS）较差。CDK1参与线粒体ATP合成耦合电子传输、G2/M期转变、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性等通路，而ESR1则参与蛋白聚糖介导的细胞信号通路和肿瘤微环境塑造。研究选择CDK1作为分子对接和动力学模拟的靶点，基于其上调特性及在癌症中的促进作用。

分子对接与动力学模拟

通过虚拟筛选从FDA批准药物库和实验药物库中选出七种药物候选分子进行分子对接研究。地高辛（DB00390）显示出高亲和力、低RMSD值以及较多的氢键和疏水相互作用，因此在ADMET分析和毒性评估后被选作进一步研究的候选分子。分子动力学模拟显示，CDK1/CKS2-地高辛复合物在100 ns模拟期间保持稳定，RMSD值在0.25 nm附近波动，并在70-80 ns时降至0.1 nm，表明复合物结构紧凑且稳定。结合自由能计算（MM-PBSA）显示总结合能从初始的-50 kJ/mol降至-400 kJ/mol，并在模拟结束时保持在-200 kJ/mol左右，表明复合物随时间逐渐稳定。氢键数量在1-3之间波动，键距和键角分别在0.24-0.35 nm和2-30°之间，进一步证实了蛋白与药物之间的稳定结合。

结论

本研究通过综合生物信息学分析识别了HCC的潜在生物标志物，其中CDK1/CKS2和ESR1作为枢纽基因与患者不良预后显著相关。分子对接和动力学模拟结果表明，地高辛可作为抑制CDK1/CKS2活性的潜在治疗药物，为HCC的治疗提供了新的方向。未来研究需通过实验验证地高辛的抗癌机制及其在临床中的应用前景。