α-水芹烯通过调控TRPM4通道在肺癌中的抗癌作用机制研究

本综述系统探讨了天然单萜类化合物（尤其是α-Phellandrene）作为TRPM通道调节剂在肺癌靶向治疗中的应用潜力。研究通过ADMET筛选、分子对接和分子动力学模拟，证实α-Phellandrene与TRPM4结合亲和力显著（-6.0 kcal/mol），且与标准抑制剂9-Phenanthrol共享关键结合残基，为开发新型TRPM4靶向抗癌药物提供了理论依据。

　　

Section snippets

ADMET

通过计算机预测工具评估了15种单萜类化合物的ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）特性。结果显示这些化合物具有多样化的生物利用度、分布潜力和代谢稳定性。Caco-2通透性值范围在-4.298至-4.665 log cm/s，表明具有中等肠道吸收能力。其中Verbenone（97.927%）、Rotundifolone（97.631%）和Verbenyl acetate（97.195%）表现出最高的人体肠道吸收率。所有化合物均符合Lipinski五规则，显示出良好的类药性。肝脏CYP450酶代谢分析表明大多数化合物可能被CYP3A4和CYP2C9代谢。血液脑屏障穿透性评估显示Alpha-Phellandrene和Beta-Phellandrene具有中等穿透能力，而其他化合物穿透性较低。毒性预测表明所有化合物均无致突变性和遗传毒性，但Ascaridole显示潜在的心脏毒性风险。

Selection and preparation of target protein

从RCSB蛋白质数据库获取了TRPM亚型的高分辨率晶体结构：TRPM2（PDB ID: 6MIX）、TRPM4（6BCO）、TRPM5（7MBQ）、TRPM7（8SI5）和TRPM8（8BDC）。选择标准基于分辨率、结构完整性和与肺癌及钙信号传导的生物相关性。使用BIOVIA Discovery Studio 2020和PyMOL进行蛋白质预处理，包括去除水分子、添加氢原子、优化侧链构象和修复缺失残基。分子对接前对蛋白质结构进行能量最小化处理以确保构象稳定性。

ADMET profiling

15种单萜类化合物的药代动力学和毒性特征通过计算机ADMET预测进行评估。结果显示化合物具有多样化的特性，包括不同的生物利用度、分布潜力、代谢稳定性和安全性。Caco-2通透性值在-4.298至-4.665 log cm/s范围内，表明中等肠道吸收能力。Verbenone（97.927%）、Rotundifolone（97.631%）和Verbenyl acetate（97.195%）显示最高的人体肠道吸收率。所有化合物均符合Lipinski五规则，具有良好的类药性。肝脏CYP450代谢分析表明大多数化合物可能被CYP3A4和CYP2C9代谢。血液脑屏障穿透性评估显示Alpha-Phellandrene和Beta-Phellandrene具有中等穿透能力。毒性预测表明所有化合物均无致突变性和遗传毒性，但Ascaridole显示潜在的心脏毒性。

Beta-Pinene shows highest TRPM2 affinity

TRPM2是一种钙渗透性非选择性阳离子通道，属于melastatin相关TRPM亚家族。它在大脑、胰腺、免疫细胞和内皮组织中广泛表达，在氧化应激反应、炎症和神经退行性变等生理病理过程中起关键作用。结构上，TRPM2以同源四聚体形式存在，被细胞内ADP-核糖、过氧化氢和肿瘤坏死因子-α激活。分子对接显示Beta-Pinene与TRPM2结合能最高（-6.2 kcal/mol），主要通过与TRP结构域中的TYR1343、HIS1340、ARG1337和GLU1334形成氢键和疏水相互作用。这种强结合亲和力表明Beta-Pinene可能通过调节TRPM2介导的钙信号通路影响肺癌细胞增殖和存活。

DFT (Density Functional Theory) analysis

分子对接分析发现Alpha-phellandrene的所有结合残基与已知TRPM4抑制剂9-phenanthrol高度重叠，表明其与TRPM通道结合口袋存在强特异性相互作用。基于这一关键发现，进一步进行DFT分析以探索Alpha-phellandrene和phenanthrol在量子水平的电子结构、化学反应性和稳定性。HOMO（最高占据分子轨道）和LUMO（最低未占分子轨道）分析显示Alpha-phellandrene的能隙为5.32 eV，表明其具有良好的化学稳定性。分子静电势图显示电子密度分布均匀，有利于与TRPM4活性位点形成稳定的相互作用。福井函数分析揭示了亲电和亲核攻击的最可能位点，与分子对接中观察到的关键残基一致。

Molecular dynamics simulation

分子对接研究分析了已知抑制剂与TRPM通道蛋白结合口袋的匹配情况（如图2所示）。TRPM4与Alpha-Phellandrene复合物被确定为后续分子模拟研究的先导分子。Alpha-Phellandrene的所有结合残基与已知TRPM4抑制剂相似，表明存在强相互作用。Alpha-phellandrene的DFT分析也为其良好的极性、反应性和稳定性提供了有价值的信息。

Discussion

本研究结果提供了令人信服的证据，表明天然单萜类化合物，特别是alpha-phellandrene，可以作为调节肺癌中TRPM通道的有希望的候选物。在研究的15种化合物中，alpha-phellandrene对TRPM4表现出显著的结合亲和力，与标准抑制剂9-Phenanthrol共享关键活性位点残基。这种结构相似性表明alpha-phellandrene具有作为天然模拟物的高潜力。

Conclusion

这项计算机研究揭示了单萜类化合物作为调节肺癌进展中TRPM通道的潜力。在选择的植物分子中，alpha-phellandrene因其与TRPM4的强结合亲和力以及与标准抑制剂9-phenanthrol在结合残基上的高度相似性而脱颖而出。这种残基相似性意味着alpha-phellandrene适合进入相同的活性位点，并可能以类似的方式阻断它。ADMET分析、分子对接和分子动力学模拟共同支持alpha-phellandrene作为进一步开发为TRPM4靶向疗法的先导候选物。