基于计算与实验验证的新型uPAR小分子抑制剂发现及其在三阴性乳腺癌和皮肤癌中的抗肿瘤活性研究

《Scientific Reports》：From in-silico QSAR modeling to in-vitro MTT assay: experimental validation of novel uPAR leads for triple-negative breast cancer (TNBC) and skin cancer

本文推荐一项结合计算模拟与实验验证的创新研究。针对uPAR在TNBC和皮肤癌转移中的关键作用，研究人员通过QSAR建模、虚拟筛选和分子对接，发现新型小分子抑制剂C878-1660和D685-0061，并经MTT实验验证其特异性抗癌活性。该研究为开发靶向uPAR的转移性癌症治疗策略提供了重要候选化合物。

　　

癌症转移是导致患者死亡的主要原因，而尿激酶型纤溶酶原激活物受体（uPAR）在肿瘤侵袭、上皮-间质转化和转移扩散中发挥关键作用。尤其在缺乏有效靶向治疗手段的三阴性乳腺癌（TNBC）和皮肤癌中，uPAR的过度表达与预后不良密切相关。然而，uPAR抑制剂的临床转化面临肿瘤穿透性差、脱靶效应和可溶性uPAR隔离等挑战。因此，通过合理药物设计发现高效uPAR抑制剂具有重要临床意义。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，作者建立了一套完整的计算-实验一体化流程。他们首先构建了包含816个uPAR拮抗剂的定量构效关系（QSAR）模型，关键分子描述符如com_Nminus_2A、lipo_S_1Ac等被证明与抑制活性密切相关。基于此模型对ChemDiv数据库进行虚拟筛选，获得苗头化合物D685-0061和C878-1660。

研究采用多种关键技术方法：基于816个化合物的QSAR模型构建与验证；分子对接筛选30000个蛋白酶抑制剂；500纳秒分子动力学模拟分析结合复合物稳定性；MTT法检测化合物对MDA-MB-231和A431细胞的细胞毒性。

QSAR模型构建与验证

研究人员开发的QSAR模型表现出优异预测能力，训练集决定系数R²为0.8459，留一法交叉验证Q²LOO为0.8386。模型识别出7个关键描述符，其中sp2N_S_5B（五键内sp2氮与硫原子共现频率）贡献度最高（系数1.1951），表明硫-氮空间邻近对uPAR抑制具有积极作用。

分子对接与结合模式分析

对接结果显示C878-1660与uPAR形成稳定复合物，主要通过与HIS57、CYS58等活性位点残基产生氢键和疏水相互作用。D685-0061结合模式相对灵活，主要与GLN192、GLY219等残基相互作用。参考抑制剂SK1（CHEMBL158405）的重新对接验证了方法的可靠性（RMSD 1.901 ?）。

分子动力学模拟与稳定性评估

500纳秒分子动力学模拟揭示重要差异：C878-1660复合物保持稳定（RMSD~1.5 ?），而D685-0061复合物呈现较高柔性（RMSD~2.7 ?）。径向波动（RMSF）分析表明C878-1660能显著降低结合口袋附近残基波动，D685-0061则诱导全局性构象柔性增加。

体外抗肿瘤活性验证

MTT实验证实两个化合物具有细胞特异性抑制活性：D685-0061对MDA-MB-231细胞抑制作用更强（IC₅₀21.34 μM），而C878-1660对A431细胞更有效（IC₅₀18.93 μM）。形态学观察显示剂量依赖性细胞凋亡特征，包括细胞变圆、脱落和核浓缩等。

主成分分析与自由能景观

主成分分析（PCA）表明C878-1660将uPAR限制在单一低能构象态，自由能景观（FEL）呈现单一深能阱，对应焓驱动稳定机制。D685-0061则导致多能阱分布，反映熵主导的结合过程。

研究结论表明，通过整合计算和实验方法，成功识别出两个具有潜力的uPAR抑制剂候选化合物。C878-1660凭借其优越结合稳定性和构象约束特性，D685-0061凭借其在TNBC模型中的显著细胞毒性，均展现出进一步开发价值。这些发现为针对uPAR高表达转移性癌症的靶向治疗提供了新思路，建立的跨学科方法框架也可应用于其他难治性癌症的靶点发现与药物开发。

研究还通过残差分析和威廉姆斯图确定了模型的适用域，Y随机化检验（R²Yscr = 0.0212）证实模型稳健性。相关性矩阵显示描述符间多重共线性较低，保证模型预测可靠性。这项工作的创新性在于将计算预测与实验验证紧密结合，为uPAR靶向治疗的发展提供了坚实理论基础和候选化合物。