《Computational Biology and Chemistry》：Structure-Based Discovery of Potent SMO Inhibitors Guided by MM/GBSA Binding Free Energies in Hedgehog-Driven Cancers
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•刺猬（Hh）信号通路对发育、组织稳态以及通过血管生成、转移和抑制凋亡来促进癌症进展至关重要。•通过ZINC数据库的glide评分、MM/GBSA能量分析和相互作用分析，鉴定出ZINC000299767263是一种潜在的新型刺猬通路抑制剂，该抑制剂针对Smoothened（SMO
• 刺猬（Hh）信号通路对发育、组织稳态以及通过血管生成、转移和抑制凋亡来促进癌症进展至关重要。
• 通过ZINC数据库的glide评分、MM/GBSA能量分析和相互作用分析，鉴定出ZINC000299767263是一种潜在的新型刺猬通路抑制剂，该抑制剂针对Smoothened（SMO）受体蛋白。
• 在150ns的MDS条件下，ZINC000299767263的稳定性及其关键结合位点（Asp384、Arg400、Gln477）与已获FDA批准的刺猬通路抑制剂Vismodegib相当。
• ZINC000299767263符合Jorgensen的三条规则和Lipinski的五条规则，显示出与Vismodegib相似的药物特性。
• 诱导式对接证实ZINC000299767263是一种有前景的刺猬通路抑制剂，适合进一步实验研究。
引言 癌症仍然是全球最紧迫的健康和社会经济挑战之一，是全球第二大死因，仅次于心血管疾病（Bennett等人，2025年）。每年有数百万人因此丧生，给医疗系统带来了巨大负担（Sung等人，2021年；Sharma等人，2024a年；Sharma等人，2025a年）。肺癌是癌症相关死亡的主要原因，每年导致约180万人死亡，其次是乳腺癌（Sharma等人，2026c年）、结直肠癌、前列腺癌、皮肤癌、淋巴瘤和胃癌（Arafeh等人，2025年；Gupta等人，2025年；Sharma等人，2026a年；Sharma等人，2026b年）。令人担忧的是，儿童也受到影响，每年有近40万新病例被诊断出（Primm等人，2026年）。全球癌症负担的加剧主要是由于人口增长、人口老龄化以及社会经济和文化条件的变化（Sharma等人，2024b年）。
在所有恶性肿瘤中，侵袭性癌症由于其转移性质和高复发率（即使在化疗和放疗后）而构成最大挑战（Dongre等人，2025年；Gu等人，2025年）。药物耐药性仍然是一个关键障碍，显著降低了患者的生存率（Ge等人，2025年；Sharma等人，2025b年）。尽管分子肿瘤学领域的进步已经确定了致癌驱动因素，并使得针对Wnt、Notch、刺猬（Hh）、JAK-STAT、MAPK、VEGFR-3、EGFR和PI3K/AKT/mTOR等通路的靶向疗法得以开发（Singh等人，2025年），但在晚期癌症中的临床效果仍然有限（Alnasser，2023年；Peng等人，2022年）。这突显了迫切需要新的治疗方法和能够克服当前局限性的替代化合物。
刺猬（Hh）信号通路已成为肿瘤生物学中的核心调节因子（Jing等人，2023年）。最初该通路因在胚胎发生中的作用而被发现，如今这一保守的级联反应调控细胞增殖、分化和组织形态形成（Konopka等人，2024年）。在成人中，它对干细胞维持、组织稳态以及病理过程（如血管生成、转移和逃避凋亡）至关重要（Liu等人，2024年）。异常的Hh信号传导——通常由PTCH1的功能丧失或SMO/GLI的功能获得突变引起——与多种恶性肿瘤密切相关，包括髓母细胞瘤、基底细胞癌和白血病（Zeng等人，2024年）。机制上，当Hh配体Sonic（Shh）、Indian（Ihh）和Desert hedgehog（Dhh）与PTCH1受体结合时，会解除其对Smoothened（SMO）的抑制作用，而SMO是一种类似GPCR的跨膜蛋白（Rohatgi等人，2009年；Rohatgi等人，2007年）。激活的SMO促进GLI转录因子与其细胞质抑制剂SUFU分离，使其能够进入细胞核并转录癌基因（Nguyen和Cho，2022年）。非经典信号通路进一步扩展了这一调控网络，例如PI3K/AKT、KRAS-MEK-ERK、TGF-β和mTOR通路直接调节GLI活性，而肿瘤抑制因子如p53和Numb则发挥抑制作用（Gu和Xie，2015年；Mosoh，2024年；Pietrobono等人，2019年）。
结构上，SMO包含一个富含半胱氨酸的胞外结构域（CRD）、七个跨膜螺旋束（TMD）和一个胞内结构域（ICD）。CRD结合胆固醇和甾醇类似物，而TMD含有配体结合腔，这是药理学干预的主要部位（Byrne等人，2016a年；Byrne等人，2016b年）。天然拮抗剂如环孢胺，以及合成衍生物如vismodegib和sonidegib，可竞争性抑制SMO活性。尽管已有几种抑制剂获得了FDA批准，但它们的临床疗效受到耐药突变的限制和剂量相关毒性的影响，因此迫切需要具有更好特异性和安全性特征的下一代抑制剂（Lospinoso Severini等人，2019年；Mosoh，2024年）。
在这种情况下，计算机辅助药物发现（CADD）变得不可或缺。虚拟筛选、药效团建模、分子对接和分子动力学（MD）模拟等技术为合理药物设计提供了强大的平台（Giordano等人，2022年）。这些方法能够实现化学库的高通量筛选、结合亲和力的评估、ADMET特性的评估以及配体-蛋白质相互作用的动态验证。借助这一计算流程，我们的研究发现ZINC000299767263（ZINC7263）是一种有前景的SMO抑制剂，具有强烈的结合亲和力、良好的药代动力学和稳定的构象动态。这种化合物有望成为下一代刺猬通路拮抗剂的开发先导，并突显了结构生物学与计算方法的结合在现代肿瘤学药物发现中的变革性作用。（ 图1）
部分摘要 蛋白质制备 Smoothened（SMO）受体结构（PDB ID：5L7I）是从蛋白质数据库获取的（
https://www.rcsb.org/) 。Smoothened（SMO）受体的晶体结构包含两条结构相似的链（A和B）。选择链A进行所有计算研究，因为它代表了完整的受体结构，包括实验确定的跨膜配体结合域和共结晶配体，这对于活性位点的定义和对接至关重要
结构 局限性和未来方向 尽管当前的计算研究为将ZINC7263鉴定为潜在的SMO抑制剂提供了坚实的基础，但仍存在一些固有的局限性需要考虑。由于完全是基于计算的研究，其发现缺乏实验验证——这是基于结构的虚拟筛选方法的常见局限，因此需要在实验数据验证之前谨慎解释预测的结合亲和力和相互作用模式。虽然
结论 Smoothened（SMO）受体是刺猬通路驱动的恶性肿瘤中的一个临床验证目标，但由于现有抑制剂出现了耐药性，因此需要继续发现新的抑制剂。通过对ZINC数据库中的约223,800种化合物进行分层结构基于虚拟筛选，我们发现了ZINC000299767263（ZINC7263），这是一种具有良好结合特性的有前景的SMO抑制剂。分子对接研究表明，ZINC7263达到了
资助 作者衷心感谢印度新德里的生命科学研究委员会（Life Science Research Board，DRDO，LSRB/01/15001/LSRB-410/SH&DD/2023 ）为这项研究提供的财务和其他支持。
CRediT作者贡献声明 Abha Mishra： 验证、监督、资源提供、项目管理、方法论、研究、资金筹集、正式分析、概念构思。Shruti S. Raut： 撰写——审阅与编辑、数据管理。Nancy Parul： 正式分析。Alok Shukla： 撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、软件应用、方法论、研究、正式分析、数据管理、概念构思。Amit Singh：
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系
致谢 作者衷心感谢印度瓦拉纳西的印度理工学院（BHU）和生命科学研究委员会（Life Science Research Board，DRDO，新德里，LSRB/01/15001/LSRB-410/SH&DD/2023 ）为这项研究提供的财务和其他支持。同时，也对BKMC（Chandauli）、BHU医学科学研究所的药理学系以及IIT（BHU）的生物化学工程学院表示诚挚的感谢，感谢他们提供宝贵的技术支持和实验室协助
Arpit Sharma|Alok Shukla|Shruti S. Raut|Nancy Parul|Amit Singh|Abha Mishra
