小服AI 肝细胞癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因。尽管大多数癌症的发病率呈下降趋势，但 HCC 的发病率却在持续上升。目前，HCC 的治疗手段包括手术切除、肝移植、射频消融和靶向治疗等，但转移仍然是导致 HCC 患者死亡的首要原因。HCC 切除术后的复发率极高，且复发几乎都源于转移。现有治疗方法，包括首个获批的 HCC 靶向药物索拉非尼，主要针对肿瘤细胞增殖和血管生成，对肿瘤侵袭和转移的抑制效果有限。因此，开发能够有效阻断 HCC 转移的新型治疗药物和靶点，成为提高 HCC 患者生存率的关键。CD147（又称 EMMPRIN）是免疫球蛋白超家族的 I 型跨膜糖蛋白，具有以下作为理想癌症靶点的核心特征：肿瘤特异性高表达：在正常组织中表达极低或不表达，但在多种恶性肿瘤（包括 HCC、肺癌、前列腺癌、乳腺癌等）中显著高表达。与不良预后密切相关：CD147 的高表达与肿瘤的恶性程度、侵袭转移能力以及患者的不良预后呈正相关。功能关键且可靶向：作为细胞表面分子，易于被抗体或小分子药物识别和结合一类跨膜糖蛋白，在肿瘤细胞中具有很高的表达。因此CD147是治疗肝癌的潜在靶标。
Discovery Studio（简称 DS）是本文基于结构的计算机辅助药物设计（SBDD）的核心平台，贯穿了从 CD147 靶点结构准备到先导化合物虚拟筛选的全过程，是成功发现全球首个 CD147 特异性小分子抑制剂 AC-73 的关键技术基础。其具体应用如下：
CD147 蛋白三维结构的预处理，从蛋白质数据库（PDB）获取 CD147 胞外区的 X 射线晶体结构（论文中 PDB ID 标注为 3N5H，摘要和图 1 中为 3B5H，应为同一结构的不同编号）提取其中一个单体结构作为建模基础，因为研究已证实 CD147 的 N 端 IgC2 结构域是其二聚化和发挥促肿瘤功能的关键区域，结构优化与准备，使用 Discovery Studio 的Prepare Protein模块对提取的 CD147 单体进行标准化处理：去除结晶过程中引入的水分子、杂原子和多余的肽链片段添加缺失的氢原子，修正不合理的键长、键角和二面角优化氨基酸侧链的构象，使其处于能量最低状态计算蛋白表面的电荷分布和疏水区域。
在 CD147 N 端 IgC2 结构域的二聚化界面区域定义一个活性位点球体，覆盖所有参与二聚化相互作用的关键氨基酸残基。这一选择基于前期研究发现：破坏 CD147 二聚化能够有效抑制其促肿瘤转移功能。
使用 Discovery Studio 的Ludi模块分析活性位点的化学特征，生成相互作用图谱：识别出能够与小分子形成氢键的供体和受体位点。定位活性位点中的疏水口袋区域生成一系列代表这些相互作用特征的药效团元素。药效团特征优化与约束。加入排他体积约束，排除那些在空间上与 CD147 蛋白结构发生冲突的小分子构象，由于初始生成的药效团特征数量过多，进行层次聚类分析，将相似的特征归为一类取每个聚类的中心特征作为最终药效团模型的组成部分，确保模型的简洁性和代表性最终药效团模型：包含氢键供体、氢键受体和疏水特征三类关键元素，准确描述了 CD147 二聚化界面与小分子抑制剂的潜在相互作用模式。
基于构建好的药效团模型，使用 Discovery Studio 对包含超过 30 万个市售化合物的 Specs 数据库进行了多轮虚拟筛选：第一轮：药效团匹配筛选，使用 Discovery Studio 的Screen Library协议，枚举所有可能的药效团特征子集（每个子集包含 3-7 个特征）。将数据库中的每个化合物与这些药效团子集进行匹配，计算拟合值（Fit Value），根据拟合值从高到低排名，选出前 5000 个化合物进入下一轮筛选。第二轮：原位配体能量优化对前 5000 个化合物进行in situ ligand minimization（原位配体最小化），这是 Discovery Studio 特有的程序将每个化合物放置在 CD147 的活性位点中，进行能量优化，使其在结合口袋中达到最优构象，这一步骤比单纯的药效团匹配更准确地反映了小分子与蛋白的实际结合情况。第三轮：结合自由能计算。计算优化后每个化合物与 CD147 的结合自由能，根据结合自由能从低到高（结合能力越强）排名，选出前 1000 个化合物。第四轮：结构多样性分析对前 1000 个化合物进行构象和结构多样性分析，确保最终选择的化合物具有广泛的化学结构多样性，避免后续生物筛选结果的偏倚。最终从 1000 个化合物中挑选出100 个得分最高且结构多样的化合物进行体外生物活性测试。
通过 Discovery Studio 的虚拟筛选流程，从 30 万个化合物中高效缩小到 100 个候选化合物，极大地降低了实验筛选的成本和时间。这 100 个化合物经过后续的 SPR 结合实验和明胶酶谱实验筛选，最终得到了同时具有高 CD147 结合亲和力（RU=63）和强 MMP-2 分泌抑制活性（抑制率 = 55.7%）的先导化合物AC-73。
参考文献：A novel small-molecule compound targeting CD147 inhibits the motility and invasion of hepatocellular carcinoma cells
