整合计算与实验方法筛选具有COX-2抑制潜力的植物化合物

《Scientific Reports》：OECD-compliant QSAR modeling and molecular simulations prioritize plant-derived potential COX-2 inhibitors with experimentally observed anti-inflammatory activity through NO inhibition

　　

摘要

环氧合酶-2（COX-2）是炎症的关键介导因子，也是多种炎症性疾病的重要治疗靶点。我们旨在利用整合计算与实验的方法，对具有潜在COX-2抑制活性的植物化学物质进行优先级排序。基于50种已知COX-2抑制剂的均一化测定数据集，开发了若干符合OECD标准的二维和三维QSAR模型，并应用于筛选54种植物化合物。随后，对优先排序的化合物进行了计算ADMET分析、分子对接、分子动力学（MD）模拟及细胞实验评估。QSAR模型的内部交叉验证Q²值为0.63–0.70，外部预测能力通过小型测试集和验证集评估，结果解释为初步性结论。适用域分析扩展至每个筛选化合物，预测值落在模型化学空间之外的被标记为外推性预测。ADMET和预测毒性筛选将优先排序的化合物缩小至木犀草素-7-硫酸酯和染料木黄酮，两者均在适用域内。分子对接表明两者在COX-2活性位点内具有有利的相互作用，50纳秒的分子动力学模拟显示两者在采样期间均保持结合状态。由于木犀草素-7-硫酸酯在商业上不可获得，因此改用其非硫酸化母体木犀草素进行评估；木犀草素和染料木黄酮以浓度依赖的方式抑制LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞中一氧化氮的产生，同时保持>90%的细胞活力。该终点报告了巨噬细胞炎症反应的抑制，并未证实COX-2抑制作用，在本研究中COX-2抑制仍为计算预测结果。综合而言，这些发现凸显了木犀草素衍生物和染料木黄酮作为潜在天然抗炎先导化合物的价值，其作用可能涉及多条分子通路，包括COX-2调控和NO抑制。本研究还展示了整合QSAR建模、分子模拟、ADMET分析和细胞验证在基于天然产物的药物发现中的实用性。