基于虚拟筛选与分子动力学模拟鉴定PYCR1抑制剂大黄素以调控前列腺癌对多西他赛敏感性的研究

《Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry》：Integrating virtual screening and molecular dynamics simulations to identify emodin as a PYCR1 inhibitor modulating docetaxel sensitivity in prostate cancer

本研究通过整合虚拟筛选与分子动力学模拟，鉴定出天然蒽醌化合物大黄素（emodin）为PYCR1（吡咯啉-5-羧酸还原酶1）靶向抑制剂，并通过体内外实验证实其能有效逆转前列腺癌（PC）对一线化疗药物多西他赛（DTX）的耐药性。这一发现揭示了PYCR1作为连接肿瘤代谢重编程与化疗耐药的关键靶点，为临床克服CRPC（去势抵抗性前列腺癌）DTX耐药提供了全新的代谢干预策略（大黄素-DTX联合疗法）和潜力药物候选。

　　

PYCR1在前列腺癌中高表达并与DTX敏感性负相关

研究利用公共数据库（如TIMER2.0、GEPIA2）分析发现，PYCR1在包括前列腺癌在内的多种恶性肿瘤中表达显著上调。与正常前列腺上皮细胞RWPE-1相比，人前列腺癌细胞系（22RV1、Lncap、PC3、DU145）中的PYCR1蛋白水平也显著升高。进一步实验表明，DTX处理能够诱导DU145和PC3细胞中PYCR1蛋白的表达，呈现出浓度和时间依赖性（在DU145细胞中尤为明显），提示PYCR1可能参与前列腺癌细胞对DTX的应答反应。

干扰PYCR1表达对DTX敏感性的影响

为了深入探究PYCR1的作用，研究团队分别在PC3和DU145细胞中进行了PYCR1的敲低和过表达操作。实验结果显示，敲低PYCR1能够显著降低前列腺癌细胞对DTX的半抑制浓度（IC₅₀），同时减弱细胞的克隆形成能力。在凋亡分析中，PYCR1敲低组细胞在DTX作用下，其凋亡率显著高于对照组。相反，过表达PYCR1则部分逆转了细胞对DTX的敏感性，表现为IC₅₀值升高、克隆形成能力在DTX作用下得到部分保留，以及凋亡率相对降低。这些结果共同证实，PYCR1的表达水平直接负向调控前列腺癌细胞对DTX的敏感性。

PYCR1抑制剂的筛选与验证

研究采用基于结构的虚拟筛选方法，从FDA药物化合物库中筛选潜在的PYCR1抑制剂。筛选标准包括结合能≤?5.0 kcal/mol，且能与PYCR1活性中心的氨基酸形成氢键或疏水相互作用。在筛选出的前10个化合物中，大黄素（emodin）位列前茅，其与PYCR1的分子对接结合能为?5.686 kcal/mol，并与关键氨基酸残基GLU-130形成两个氢键。

随后的细胞热转移实验（CETSA）证实，大黄素处理能够增加PYCR1蛋白的热稳定性，直接证明两者在细胞内的结合。此外，蛋白质印迹（WB）结果显示，大黄素可以促进PYCR1蛋白的降解，从而降低其表达水平。通过检测细胞内脯氨酸（PRO）含量，研究发现敲低PYCR1或使用大黄素处理均可降低细胞内脯氨酸浓度，而过表达PYCR1则会提高其浓度，大黄素能部分逆转过表达带来的影响。这证实了大黄素能够通过靶向PYCR1来干扰其催化的脯氨酸合成代谢。

为了评估结合稳定性，研究进行了分子动力学模拟（MD）。分析显示，大黄素-PYCR1复合物的整体结构（通过RMSD、SASA、R_g评估）在模拟过程中保持稳定。关键残基GLU-130对结合自由能的贡献最大，复合物平均可形成3-4个稳定的氢键。MM/GBSA计算得出两者的结合自由能ΔTotal为?30.79 ± 0.59 kcal·mol^?1，表明存在强烈的热力学结合趋势，主要由范德华力和静电相互作用驱动。

大黄素联合DTX的体外验证

体外细胞实验评估了大黄素与DTX的联合治疗效果。单独使用时，大黄素对PC3和DU145细胞的IC₅₀值分别为38.79 μM和53.87 μM。当大黄素与DTX联合使用时，相较于单一用药，能更显著地抑制PYCR1过表达细胞的克隆形成，并诱导更高的细胞凋亡率。细胞增殖实验表明，联合用药对DU145和PC3细胞增殖的抑制率（分别为87%和80%）显著高于单药组。协同指数（Q值）计算结果显示，在两种细胞系中Q值均大于1.15（分别为1.32和1.23），证实了大黄素与DTX之间存在显著的协同效应。

大黄素的体内药代动力学研究

在大鼠体内的药代动力学研究显示，大黄素口服生物利用度（F）较低，为14.7%，主要受限于其水溶性差和首过效应。静脉给药的半衰期（T_1/2）为4.50小时，而口服给药的半衰期延长至6.26小时。基于较低的生物利用度，后续体内药效实验将灌胃给药剂量设定为200 mg/kg。

大黄素联合DTX的体内验证

最后，研究通过在裸鼠皮下接种人前列腺癌DU145细胞构建异种移植瘤模型，评估联合疗法的体内效果。实验结果显示，与对照组或单药治疗组相比，大黄素（100及200 mg/kg）与DTX（10 mg/kg）联合治疗能显著抑制肿瘤的生长，表现为更小的肿瘤体积和更轻的肿瘤重量，且对小鼠体重无明显影响，表明未产生明显毒性。对主要脏器（肝、脾、肺、肾）的组织病理学（HE）染色分析也显示，联合用药组小鼠的组织形态正常，进一步证实了该联合方案的安全性。

讨论与结论

本研究系统性地揭示了PYCR1在前列腺癌DTX耐药中的关键作用。不同于以往针对雄激素受体或药物外排泵等靶点的研究，该研究从“代谢重编程”这一新视角切入，发现PYCR1通过调节脯氨酸代谢，影响肿瘤细胞的生存和化疗抵抗。天然化合物大黄素被鉴定为有效的PYCR1靶向抑制剂，其与DTX联用在体内外均展现出显著的协同抗肿瘤效应，且安全性良好。这一研究成果不仅为理解前列腺癌DTX耐药机制提供了新见解，也为临床开发克服化疗耐药的新型联合疗法（大黄素-DTX）提供了坚实的实验依据和极具转化潜力的候选策略。尽管在机制深度、药物优化和临床样本验证方面仍需进一步探索，但本研究已为改善去势抵抗性前列腺癌患者预后迈出了关键一步。