【DS应用实例】河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人成果展示：新型FXR受体兴奋剂的药效团建模和虚拟筛选研究

摘要：

Farnesoid X 受体（FXR）兴奋剂是一种重要的治疗策略，用于治疗多种慢性肝病和代谢性疾病。河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人通过结合基于配体的药效团定位和分子对接的综合虚拟筛选来识别新型非甾体FXR兴奋剂。化合物F4和F17增加了小型异质二聚体配体(small heterodimer partner, SHP)，进而抑制了胆固醇7-α-羟化酶(CYP7A1)的mRNA。本研究获得的化合物F4和F17可能是开发新型FXR兴奋剂治疗代谢性疾病的潜在先导物。

引言：

FXR通过调节胆汁酸的合成、代谢、分泌和吸收，达到胆汁酸稳态的主控因子。药物化学方法已经发现了多种FXR兴奋剂。FXR兴奋剂根据其结构可分为两类(类固醇和非类固醇FXR兴奋剂，图1)

河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人通过计算机辅助药物设计方法识别新型非甾体FXR兴奋剂。基于FXR兴奋剂的共同特征构建了一个基于配体的药效团模型，然后将选定的药效团在FDA批准的数据库、specs、targetMol和图书馆的数据库中筛选。利用分子对接技术对回收的化合物进行进一步筛选。最后，该团队通过虚拟筛选的方法筛选出了19个化合物，并对它们的体外FXR活性进行了评价。

理论方法：

河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人使用Discovery Studio程序包完成基于配体的药效团的生成。药效团建模使用Discovery Studio中的“配体分析器”进行验证，以将选定的分子映射到更佳模型上。

结果与讨论：

选择6种具有代表性的FXR兴奋剂组成一个训练集(图2)；这些化合物是从蛋白结构的X射线中提取的，以保持活性构象，因此，每一种化合物都拥有不同的支架。

如图3所示，假设模型01包含一个环芳香基团(R)、三个疏水基团(H)和一个氢键受体(A)的五点药效团，其特征分别用橙色、青色和绿色表示。训练集化合物能够与药效团模型01相匹配。

模型映射到化合物和拟合值的结果如表4所示。对这些拟合值的分析表明，01可以区分活性抑制剂和非活性抑制剂。

多步骤的虚拟筛选工作流程是为了识别新的FXR兴奋剂，其流程包括基于配体的药效团筛选，对接筛选，最后对分子进行仔细的视觉检查。虚拟筛选的工作原理如图4所示。首先，利用经过验证的配体药效团模型Hypo01在FDA批准的数据库、specs、targetMol和图书馆数据库中筛选共323 842个化合物。根据化合物与药效团匹配的拟合值(>2)，得到化学库中保存的500个筛选命中值。接着，从药效基因中检索到的化合物被保存为SD文件，并使用标准精度(SP)和额外精度(XP)对接算法对接到制备的受体网格中。使用Glide XP评分函数预测化合物与FXR之间的结合能。根据预测的结合能（≤6），筛选出了前50个化合物。

河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人购买了18个化合物，用于体外生物测定试验（图5）。

图6总结了in vitro HTRF的活性测定。大多数选择的化合物没有FXR 结合活性(结合率40 μM＜10%)。

如图7所示，化合物F4和F17表现出明显的FXR结合活性，并能依赖浓度调节活性。

如图8所示，化合物F4和F17增加了SHP的表达，抑制了胆固醇7-α-羟化酶(CYP7A1)的mRNA水平。

如图9所示，化合物F4和F17的苯并呋喃环与His447形成氢键。化合物F4和F17的其他原子通过形状互补和周围剩余物Met328, Ile357, Ala291, Val295和Leu287的疏水作用来促进相互作用。

总结：

河南大学/内蒙古医科大学陈卫东教授等人描述了一种合理的基于配体的药效团建模，结合虚拟筛选和分子对接，以发现新的FXR兴奋剂。本文筛选出18个化合物进行体外HTRF检测，结果显示5个化合物具有较好的FXR结合活性。在HepG2细胞中，HTRF和FXR报告基因检测结果显示， F4和F17的体外活性更强。同时，化合物F4和F17是一种新型的苯并呋喃和苯甲酰类支架，其具有进一步优化的价值，为新型强效FXR兴奋剂的开发提供了参考。

本文利用Discovery Studio程序包实现基于配体的药效团的生成和药效团建模。

作者简介：

陈卫东 河南大学

1972年生，博士，河南大学二级教授、博士生导师。享受国务院政府特殊津贴专家（2016年），“百千万人才工程”国家级人选（2015年），国家有突出贡献中青年专家（2015年）。主要研究集中在两个领域：一个是核受体和膜受体在炎症和消化道疾病中发病的分子机制的研究；第二个是相关药物靶向的鉴定，以及蛋白质和天然产物药物的纯化和制备。

公司简介：

北京泰科博思科技有限公司（Beijing Tech-Box S&T Co. Ltd.）成立于2007年，是国内领先的分子模拟及虚拟仿真综合解决方案提供商。