《Frontiers in Drug Discovery》：Virtual screening of phytochemicals against multiple protein targets of Alzheimer’s disease
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阿尔茨海默病（Alzheimer‘s disease, AD）是一种多因素神经退行性疾病，目前获批的疗法仅能提供暂时性的症状缓解，且尚无改善疾病的治疗方案获得批准。鉴于AD复杂的病理机制及学界对多靶点治疗策略日益增长的兴趣，研究人员开展了基于结构的虚拟筛选，以
阿尔茨海默病（Alzheimer‘s disease, AD）是一种多因素神经退行性疾病，目前获批的疗法仅能提供暂时性的症状缓解，且尚无改善疾病的治疗方案获得批准。鉴于AD复杂的病理机制及学界对多靶点治疗策略日益增长的兴趣，研究人员开展了基于结构的虚拟筛选，以鉴定能够调节多个AD相关靶点的植物化学物。研究人员将一个包含2,847种植物化学化合物的虚拟文库对接到通过文献挖掘确定的十个与AD密切相关的关键蛋白靶点上，包括：淀粉样蛋白β（Aβ）、乙酰胆碱酯酶（AChE）、载脂蛋白E4（APOE4）、β-分泌酶（BACE1）、丁酰胆碱酯酶（BChE）、脑源性神经营养因子（BDNF）、细胞周期蛋白依赖性激酶5（CDK5）、糖原合酶激酶3β（GSK3β）以及早老素1/2（PSEN1/2）。对接结果显示，96种化合物在多个关键靶点具有潜在强结合能力；对代表性化合物Lactucopicrin、Oleanolic acid和Rutecarpine与AChE及GSK3β复合物的分子动力学模拟表明，其蛋白-配体复合物稳定性与已知的AChE配体多奈哌齐（Donepezil）及GSK3β配体QQA相当。基于多靶点性和重原子数的对接后过滤将候选化合物缩减至36种。这36种化合物被归类为生物碱类（Rutecarpine、Sanguinarine、Strychnine）、甾体生物碱类（Tomatidine、Cyclopamine、Jervine、Verticine、Verticinone）、甾体皂苷元类（Diosgenin、Hecogenin、Yamogenin、Tigogenin、Smilagenin、Sarsasapogenin、Neogitogenin、Ruscogenin）、三萜类/甾醇类（alpha-Spinasterin、Fucosterol、Stigmasterol、Beta-Sitosterol、gamma-Sitosterol、Isofucosterol、Germanicol、Lupeol、Beta-Amyrin、alpha-Amyrin、Taraxerol、Friedelin、Tetrahymanol、Tingenone、Parkeol、Methylenecycloartanol、Ursolic Acid、Oleanolic Acid、Obacunone）以及倍半萜类（Lactucopicrin）。多种化合物已有文献支持其能够抑制淀粉样蛋白聚集、tau蛋白磷酸化、神经炎症及胆碱能功能障碍，从而增强了研究结论的可信度。综上，研究结果表明所鉴定的多种多靶点植物化学物是AD治疗中极具前景的候选分子，值得进一步的实验验证。
阿尔茨海默病（Alzheimer‘s disease，AD）是一种复杂多因素神经退行性疾病，也是痴呆的首要病因，患者脑内出现细胞外淀粉样蛋白β（amyloid-beta，Aβ）聚集及细胞内微管相关蛋白tau的过度磷酸化形成神经原纤维缠结。目前批准的治疗药物仅能提供暂时症状缓解，无法阻止疾病进展，传统单靶点策略在AD药物研发中反复受挫，多靶点治疗策略被认为是更具前景的方向。随着医疗信息化的发展，基于结构的虚拟筛选利用可获取的大型化合物数据库与分子对接、ADMET预测和分子动力学模拟实现了低成本高通量的先导化合物发现，为AD新药探索提供了高效手段。植物化学物因其高结构多样性和广泛生物活性和天然多靶点特性在药物发现中备受关注。针对这一研究背景，研究人员旨在通过对2,847种植物化学物与AD密切相关的多个关键蛋白靶点进行对接，筛选能够同时作用于多种靶点的候选化合物，为AD治疗提供具有潜在多靶点活性的植物化学物骨架以支持实验验证。
研究以文献挖掘确定AD的十个高关联蛋白靶点，对2,847种植物化学物分子进行分子对接并设置多靶点和重原子数过滤，将对接结果缩减为36种化合物后选取代表性化合物进行分子动力学模拟并纳入文献证据综合分析。
研究内容与结果如下：
多靶点对接揭示植物化学物的多靶点活性。研究结果显示不同类别植物化学物能与多AD靶点结合，结合自由能介于?11.0至?7.4 kcal/mol的强结合性的配体占据Aβ、AChE、APOE4、BACE1、BChE、BDNF、CDK5、GSK3β、PSEN1、PSEN2的特征性活性位点，与共晶对照抑制剂结合的亲和力相当、部分更优。各靶点对接复合物的结合模式呈现结构化的口袋或沟槽特征。对接结果经PLIP相互作用分析和50纳秒分子动力学模拟验证，AChE及GSK3β复合物体系的RMSD、RMSF与Rg数值全程保持稳定，参照阳性抑制剂结果相当，部分配体稳定性亦表现更优。
研究确认了最值得关注的代表性化合物并分析结合机制，初步判断这些化合物可能通过作用于特征性激酶、γ-分泌酶活性位点或胆碱酯酶外周催化位点参与信号阻断从而调节AD相关的病理过程。代表性植物化学物结合机制：Lactucopicrin与AChE的TYR72、TYR124和SER293形成氢键，结合位点位于外周阴离子位点；Oleanolic acid与AChE的ARG247形成氢键；Rutecarpine与AChE的TRP286、TYR341形成π-π堆积作用；在GSK3β中，Lactucopicrin与ASP200和LYS85形成氢键，Oleanolic acid与ARG141和ARG144形成盐桥。分子动力学模拟进一步验证Lactucopicrin、Oleanolic acid和Rutecarpine与两个靶标的复合物无论是RMSD、RMSF和Rg上都呈现与对照相当的动态稳定性。
对36种高排名候选物的分析表明，不同化学结构类别的植物化学物具有不同的AD治疗潜力。生物碱类中Rutecarpine通过抑制GSK3β途径减轻tau过度磷酸化并激活AMPK/PGC1α改善线粒体功能而具备多种神经保护潜力，但Strychnine和Sanguinarine以其毒性而不适合治疗；甾体生物碱类中，Tomatidine改善认知缺失并减少tau过度磷酸化和神经炎症，Cyclopamine调节γ-分泌酶对淀粉样前体蛋白的切割并救助模型果蝇的异常，Jervine同时抑制AChE和BChE而Verticine、Verticinone兼具胆碱酯酶抑制和Aβ聚集抑制，但部分成员亦有细胞毒和致畸风险；甾体皂苷元类中的Diosgenin显著降低Aβ蓄积并改善空间学习和记忆，Sarsasapogenin抑制多种关键酶和Aβ42纤维化，Hecogenin及Ruscogenin分别通过影响BACE1、维持血脑屏障发挥神经保护作用；三萜类包括多个与实验证据匹配的已报道神经保护活性成分如Ursolic acid改善认知和促进Aβ清除，Oleanolic acid抑制tau过度磷酸化和神经炎症。所有这些证据进一步说明了多靶点筛选的预测能力，同时并非筛选到的全部化合物适合作AD候选药物：部分化合物结合多靶点的同时伴随较强细胞毒性和脱靶风险，而选择性相对可控的多靶点分子可能更适合作AD药物开发。
综上所述，文献证据与分子对接和模拟结果保持高度一致，计算筛选有效缩短了候选空间，或为AD多种病理通路的干预提供有价值的共药效团依据。其中多个高排名植物化学物有较明确的药理证据，多种化合物能抑制Aβ聚集、tau过度磷酸化、神经炎症和胆碱能缺陷，其它未报道的化合物则是值得面向实验验证的苗子，为探索结构新颖的AD多靶向药物提供了先天支架与可行方向，但需阐明临床评估和安全性长卷等进一步证据才能具有转化前景。
