药物设计中，有活性的先导化合物的发现可谓是大海捞针。计算机辅助药物发现的出现大大提高了药物发现的效率。分子对接则是其中一项重要技术，其思想起源于Fisher E提出的“锁钥模型”，即受体与配体的相互识别首要条件是空间结构的匹配。分子对接通过几何互补原则、能量互补原则和化学环境互补原则等，预测小分子与受体间最佳的结合模式，从而筛选出可能具有活性的先导化合物。虚拟药物设计+小分子库筛选+分子动力学模拟，纯计算文章，周期短，见效快！有了目标化合物，做了常规细胞实验，动物实验，想从分子层面解释药物与靶点作用机制？分子对接+分子动力学模拟，助你从分子水平解释现象的本质，文章丰富度根本不在话下！深入研究目标基因的功能，发现有意义的靶点，发文章后就扔一边了？说好的转化医学呢？虚拟药物设计+小分子库筛选+实验验证，医学转换的快感难以言喻，唯有亲身体味！
废话不多说，来点案例吧~
基于结构的虚拟筛选和分子动力学模拟从中药中筛选强效氯离子通道蛋白1抑制剂
研究思路：靶点结构分析，中药（TCM）数据库虚拟筛选，Top30 分子动力学模拟，Top6 hits 结合模式分析。胞内氯离子通道蛋白l (CLICl)在多种恶性肿瘤中如肺癌、宫颈癌、肝癌、乳腺癌、结肠癌、胃癌和胆囊癌中均有不同程度的高表达。有研究证实 CLICl 与恶性肿瘤的化学药物治疗和放射治疗的抵抗有明显的相关性。CLICl有可能成为癌症诊断治疗和预后监测的肿瘤标记物或药物治疗、基因干预的靶分子，在临床实践中发挥作用。利用基于结构的虚拟筛选和分子动力学模拟的方法，TCM数据库中鉴定天然产物，作为有效的CLICl抑制剂。TCM数据库过滤：类药性五原则、PAINS分析假阳性化合物（Lipinski rules of虚拟筛选：基于docking score 选择Top 5000的小分子，基于𝑋-Score选择Top 500的小分子。Top30的分子的动力学模型的RMSD图（IAA-94为已知抑制剂）中可以看出，从1 ns开始，整个体系已经基本平衡，RMSD稳定在0.5-2.0Å附近，说明这些模型都具有很高的稳定性和有效性。Top 30 hits与CLIC1在5 ns分子动力学模拟中的RMSD图
Top 30 hits与CLIC1结合位点在5 ns分子动力学模拟中的RMSD图
采用MMPBSA方法计算Top 30 hits与CLIC1的结合能，发现Top 6 hits具有更大的结合自由能，说明这它们可能是是潜在的CLIC1抑制剂。通过分析图中的六种配体蛋白结合模式，我们可以得出结论：氢键和范德华力在蛋白质和小分子相互作用中起着关键作用。所有这些结合模式的分析结果与结合能结果是一致的。因此，我们提出了6个中药化合物可作为进一步研究药物开发过程中的CLIC1蛋白潜在抑制剂。6种化合物与CLIC1结合模式图
虚拟筛选+活性验证 IF 2.24
基于结构虚拟筛选+活性验证 IF 3.80
虚拟筛选+动力学模拟 IF 3.0
基于配体虚拟筛选+活性验证 IF5.68
基于靶向PRL磷酸酶三聚体的新型抗癌药物发现
研究思路：靶点结构分析，数据库虚拟筛选，激酶活性实验，细胞实验、化合物结构优化、体外实验验证，体内实验，分子水平作用机制，药物作用模式分析，作用机制实验。再生肝磷酸酶(PRL)癌蛋白是在多种肿瘤组织中过度表达的磷酸酶。PRL水平升高与肿瘤的转移和不良的临床结果有关。理论上，PRL磷酸酶可以提供有效的治疗靶点，但由于缺乏特异性靶向它的化合物，PRL磷酸酶在肿瘤治疗上仍然没有得到足够的利用。PRL磷酸酶是通过三聚体来发挥利用，利用这种独特的性质，借助虚拟筛选和药物化学的方法，寻找能够破坏这种三聚体结构的化合物，从而抑制PRL磷酸酶的活性。通过体外和体内实验，验证化合物的抗肿瘤效果。虚拟筛选：从ZINC database中，筛选能与PRL1单体间界面结合的化合物。分两步对接，刚性对接（DOCK6.2），柔性对接（图1A、B）。图1 PRL1三聚体结构（A）及虚拟筛选流程（B）
体外实验验证：构建表达 PRL磷酸酶的细胞和表达三聚体缺陷PRL磷酸酶的细胞。细胞迁移实验验证。体内实验验证：小鼠实验，表达PRL磷酸酶的小鼠和PRL磷酸酶缺失小鼠的胚胎成纤维细胞。分子水平作用机制：PRL 1通过激活ERK 1/2和AKT途径促进细胞增殖和迁移，探究化合物对ERK 1/2和AKT途径的影响。药物作用模式分析：验证化合物作用于PRL的三聚体界面。作用机制实验：黑色素瘤TCGA表达数据验证PRL 1的促癌作用，体外和体内实验验证化合物的抑癌机制。经两步虚拟筛选后，得到56 hits，体外和体内激酶实验，筛选到3个化合物（图2C）能够显著降低细胞内PRL1三聚体的形成，其中Cmpd-43最显著（图2D）。Cmpd-43对细胞的侵袭和迁移也有一定的抑制作用（E、F）图2 3 hits（C）、体内激酶试验（D）细胞实验（E、F）对Cmpd-43结构进行优化，得到7个类似物（图3A），细胞的迁移实验表明，类似物 -3显示出与CMPD-43相似的效果，而类似物2和4-7似乎比CMPD-43略小。但是类似物-1对细胞增殖或迁移没有影响，这表明在类似物-1中缺失的亚氨基甲基芳族部分对PRL1三聚体抑制活性是关键的（图3B）。图3 Cmpd-43及其类似物对细胞增殖或迁移的影响
表达 PRL磷酸酶的细胞促进了细胞的增殖和迁移，而表达三聚体缺陷PRL磷酸酶的细胞增殖和迁移能力和对照细胞相似，说明PRL磷酸酶的三聚体结构在促进细胞增殖和迁移中扮演重要的角色（图4 A、B）。用Cmpd-43和类似物-1处理表达 PRL磷酸酶的细胞和表达三聚体缺陷PRL磷酸酶的细胞。Cmpd-43能抑制表达 PRL磷酸酶的细胞，其余的处理组均没有抑制效果（图4 C）。小鼠实验也证明，Cmpd-43能抑制表达 PRL磷酸酶的细胞，而对PRL磷酸酶缺失的细胞无影响（图4 D）。WB实验验证，CMP D-43(5 mmol/l)能特异性抑制Prl 1介导的HEK 293细胞ERK 1/2和AKT通路的活化。图4 Cmpd-43及类似物-1对表达PRL磷酸酶/PRL磷酸酶缺陷细胞的影响
为了验证Cmpd-43是作用于PCL的三聚体界面，从而发挥抑制作用，我们将类似物-3和Cmpd-43分别与PRL磷酸酶共结晶，得到了类似物-3结合的PRL1的共晶体，通过结合模式的分析，发现类似物-3确实是与PCL的BC界面结合，并且与周围的氨基酸残基作用形成了稳定的构象（图5 ABC）。类似物-3与 Tyr14 and Phe132具有较强疏水性接触，而对二聚体界面结合表面的分析表明，这两种残基对三聚体形成的贡献十分有限，因此推测，这两个残基突变会影响类似物-3与PCL的结合，但是不会影响PCL的三聚体结构。我们对Tyr14 and Phe132进行了Ala替换。结果发现，用Ala取代bar 14和ph 132对PCL三聚和PCL介导的细胞迁移没有影响（图5 DE），并且突变体对Cmpd-43呈现出抗性。这些结果表明类似物-3和Cmpd-43是结合在PRL三聚体界面并防止PRL三聚反应。图5 类似物-3和Cmpd-43结合到PRL磷酸酶三聚体界面并阻止PRL三聚结构形成
黑色素瘤TCGA表达数据验证PRL 1的促癌作用（图6 ABC）Cmpd-43能抑制人黑色素瘤细胞的增殖和迁移（图6DE）。Cmpd-43也能降低HGF诱导的Erk1/2和Akt磷酸化（图6FG）。除了PRL 1，PRL2和PRL3也能形成三聚体结构，通过敲除起主要作用的PRL1和PRL2，发现细胞的ERK1/2 and Akt通路受到抑制（HI），说明Cmpd-43能够同时抑制PRL 1，PRL 2和PRL3的活性。图6 Cmpd-43对黑色素瘤细胞系MeWo.具有抑制作用
黑色素瘤小鼠模型实验，再次验证Cmpd-43通过抑制ERK1/2 and Akt通路，起到抑癌作用（图7）。
图7Cmpd-43在体内抑制黑色素瘤移植瘤的生长
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