《Biochemistry and Cell Biology》：Diphenoquinone, a small-HDL neogenesis accelerator, concurrently docks with cholesterol or POPC to human ATP-binding cassette transporter ABCA1
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高密度脂蛋白（high-density lipoprotein, HDL）功能性已成为残余心血管风险的关键决定因素，尽管低密度脂蛋白胆固醇降低疗法已取得进展。通过ATP结合盒转运蛋白A1（ATP-binding cassette transporter A1,
高密度脂蛋白（high-density lipoprotein, HDL）功能性已成为残余心血管风险的关键决定因素，尽管低密度脂蛋白胆固醇降低疗法已取得进展。通过ATP结合盒转运蛋白A1（ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1）介导的脂质外流产生的小HDL颗粒，在促进巨噬细胞泡沫细胞胆固醇清除方面尤为有效，并与动脉粥样硬化风险降低相关。降脂药物普罗布考（probucol）抑制ABCA1依赖性HDL生物发生，而其重要代谢产物3,3′,5,5′-四叔丁基二苯醌（3,3′,5,5′-tetra-tert-butyldiphenoquinone, DQ）则保留小HDL颗粒的生成。然而，这些不同效应的分子基础尚不清楚。为探究ABCA1介导脂质输出的结构机制，研究人员利用人ABCA1结构（Protein Data Bank, PDB: 5XJY）和遗传优化配体对接（Genetic Optimization for Ligand Docking）计算机对接平台进行了分子对接分析。在DQ结合的ABCA1中成功鉴定了胆固醇和1-棕榈酰-2-油酰磷脂酰胆碱（1-palmitoyl-2-oleoyl-phosphatidylcholine, POPC）的对接构象。相比之下，在普罗布考结合的ABCA1中未检测到配体结合构象。这些发现表明，DQ保留了ABCA1的脂质识别和转运特性，而普罗布考则破坏了转运蛋白内的配体容纳。该研究首次从原子水平揭示了ABCA1、胆固醇、普罗布考和DQ之间的相互作用，为它们对HDL生物发生的不同效应提供了结构解释，并确定了开发新型HDL靶向治疗药物的潜在框架。
缺血性心脏病是全球50岁以上人群的首要死因，主要源于冠状动脉粥样硬化导致的阻塞或狭窄。尽管降低血浆低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol, LDL-C）治疗已使缺血性心脏病事件减少约30%，但残余风险依然存在。高密度脂蛋白（high-density lipoprotein, HDL）功能已被认为是残余心血管风险的关键决定因素，尤其是由ATP结合盒转运蛋白A1（ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1）介导脂质外流所生成的小HDL颗粒，能有效清除巨噬细胞泡沫细胞中的胆固醇并与降低动脉粥样硬化风险相关。普罗布考是一种经典降脂药物，其抑制ABCA1依赖性HDL生物发生，而其氧化代谢产物3,3′,5,5′-四叔丁基二苯醌（3,3′,5,5′-tetra-tert-butyldiphenoquinone, DQ）却保留小HDL颗粒的生成。然而，这两种不同效应的分子基础长期以来不清楚。为此，研究人员利用分子对接技术，旨在从结构层面阐明ABCA1介导脂质输出的机制。
研究人员利用人ABCA1冷冻电镜结构（Protein Data Bank, PDB: 5XJY）和遗传优化配体对接（Genetic Optimization for Ligand Docking, GOLD）平台，对普罗布考、DQ、螺环醌（spiroquinone, SQ）、普罗布考类似物MDL-29311以及胆固醇和1-棕榈酰-2-油酰磷脂酰胆碱（1-palmitoyl-2-oleoyl-phosphatidylcholine, POPC）等配体进行分子对接，分析它们在ABCA1中的结合模式，并评估药物存在时胆固醇和磷脂是否仍能同时结合。结果首次从原子水平揭示了DQ和普罗布考对ABCA1介导HDL生物发生不同效应的结构基础，为开发新的HDL靶向治疗策略提供了框架，论文发表在《Biochemistry and Cell Biology》。
主要关键技术方法包括：从蛋白质数据库（PDB）获取人ABCA1结构（5XJY）和ABCG2-MZ29复合物结构（6ETI）；配体结构除SQ由YASARA基于普罗布考构建外，其余均取自PubChem。使用YASARA以AMBER96力场对配体进行能量最小化和退火模拟优化几何。采用GOLD软件进行分子对接，先通过ABCG2与MZ29的再对接实验比较四种打分函数，确定以ChemScore作为评估函数。所有对接计算均在刚性受体模型下进行。该研究为纯计算模拟，无样本队列来源。
### Selection of a scoring function by its ligand re-docking analysis to ABCG2
通过将已知抑制剂MZ29再对接至ABCG2（一种与ABCA1共享抑制剂姜黄素的ABC转运蛋白），比较GOLD软件中四种打分函数（GoldScore、ChemScore、CHEMPLP、ASP）的预测精度，发现ChemScore预测的姿势最接近原始结合构象，因此选择ChemScore用于后续ABCA1对接分析。
### Evaluation of ligand docking pose to ABCA1
将普罗布考、DQ、SQ、MDL-29311、胆固醇和POPC分别对接至ABCA1跨膜结构域。结果显示，普罗布考和MDL-29311结合在靠近跨膜螺旋TM7、TM8、TM11形成的口袋，DQ结合在类似区域但更靠近TM5，SQ则位于更接近外膜小叶的位置。将所有配体对接至ABCA1胞外结构域时，打分均为负值，提示这些配体不太可能结合该区域。此外，AlphaFold2预测的ABCA1结构因其跨膜螺旋间距过窄，无法容纳任何配体，故未用于后续分析。
### Assessment of cholesterol and POPC docking to ligand-docked ABCA1
将胆固醇和POPC分别对接至已结合药物的ABCA1复合物中。结果发现，胆固醇和POPC可成功对接至DQ结合的ABCA1（DQ-ABC）和MDL-29311结合的ABCA1（MDL-29311-ABC），其打分分别为41、41和45、45。但在普罗布考结合的ABCA1（prob-ABC）和SQ结合的ABCA1（SQ-ABC）中，未获得任何候选对接姿势。对比普罗布考与MDL-29311的结构，普罗布考中心的两个额外甲基和硫醚基占据了胆固醇/POPC所需的结合空间，从而阻碍脂质同时结合；MDL-29311无这些基团，故允许脂质结合。这从结构上解释了普罗布考抑制ABCA1脂质输出而MDL-29311无此效应的原因。
在讨论部分，研究人员指出，胆固醇和POPC在DQ-ABC中的可对接性与DQ促进细胞胆固醇和磷脂ATP依赖性释放、进而生成盘状HDL的生理功能一致。而普罗布考通过空间位阻阻断脂质结合，导致ABCA1脂质外排功能受损，与生理实验中普罗布考抑制盘状HDL生成相符。已报道的ABCA1疾病相关突变（如丹吉尔病和低α脂蛋白血症中的突变）不直接参与药物或脂质结合，提示这些突变可能通过别构效应影响转运功能。SQ因体积庞大无法与脂质同时结合，但生理上SQ和DQ作用相似，推测可能是由于SQ在体内代谢为DQ。此外，普罗布考结合还可能影响ABCA1在膜中的降解和滞留，从而增加ABCA1蛋白水平但降低其功能。该研究的局限性在于未探讨药物诱导的ABCA1构象变化。
研究结论部分可翻译为：与细胞胆固醇外流实验结果一致，研究人员证明了普罗布考的代谢物DQ能够与胆固醇或POPC同时结合ABCA1。DQ稳定细胞膜上有功能的ABCA1，从而促进持续的盘状HDL生成。预期这能通过增加动脉粥样硬化斑块中胆固醇的清除以及升高血液小粒径HDL-C水平，促进动脉粥样硬化病变消退。利用当前分子对接系统评估药物与转运蛋白结合，有望成为未来蛋白质结构生物学研究和药物效应理解的一种方法。
