基于分子对接与动力学模拟的新型香豆素类化合物抗白血病活性研究

《OncoTargets and Therapy》：Evaluation of New Coumarins for Anti-Cancer Activity in HL-60 Cell Line Supported by Molecular Docking, MD Simulation, and Binding Free Energy Calculations

本研究通过整合体外细胞实验（MTT法）与计算机模拟技术（分子对接、MD模拟、结合自由能计算），系统评估了从Sterculia colorata中分离的两种新型香豆素衍生物对HL-60白血病细胞的抗肿瘤活性。结果表明化合物2对CDK-2/BCL-2靶点具有高亲和力，ADMET预测显示其具备良好的药代动力学特性与安全性，为白血病靶向治疗提供了先导化合物。

　　

Abstract

本研究通过体外与计算机模拟相结合的方法，评估了天然分离的新型香豆素衍生物对人早幼粒白血病HL-60细胞的抗肿瘤活性。MTT实验显示化合物1和2均能显著抑制细胞增殖，其中化合物2的IC₅₀值为34.32 ± 1.04 μM，表现出更强的细胞毒性。分子对接结果表明，两种化合物与CDK-2和BCL-2蛋白具有较高的结合亲和力，化合物2与CDK-2的结合能最优。进一步的分子动力学模拟、结合自由能计算、主成分分析和自由能景观分析证实了化合物2-CDK-2复合物在50 ns模拟时间内结构稳定，结合自由能为负值，表明结合过程热力学自发。ADMET预测显示两种化合物具有良好的口服生物利用度、较低的hERG通道阻断风险和可接受的药代动力学特性。综上，这些香豆素衍生物展现出良好的抗白血病潜力，值得进一步开发。

Introduction

白血病是一种由染色体畸变引起的常见恶性肿瘤，化疗是其主流治疗手段，但耐药性问题突出。香豆素是一类含苯并吡喃酮结构的天然酚类化合物，具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化等多种药理活性。本研究选取从Sterculia colorata中分离的两种新型香豆素衍生物，通过整合体外细胞实验与计算机模拟技术，系统评估其抗白血病活性及作用机制。

Materials and Methods

实验所用化合物通过核磁共振和质谱鉴定结构。HL-60细胞培养于含10%胎牛血清的RPMI-1640培养基中。细胞毒性通过MTT法检测，以多柔比星为阳性对照。分子对接使用AutoDock Vina软件，靶蛋白为CDK-2和BCL-2。分子动力学模拟采用GROMACS软件，时长50 ns。结合自由能通过MM-PBSA/MM-GBSA方法计算。ADMET性质通过SWISS ADME等软件预测。

Results and Discussion

细胞活力实验

MTT实验表明，化合物1和2均能剂量依赖性地抑制HL-60细胞增殖，IC₅₀值分别为41.28 ± 0.92 μM和34.32 ± 1.04 μM，效果优于多柔比星。

分子对接分析

化合物2与CDK-2的结合能为-9.1 kcal/mol，与BCL-2的结合能为-8.7 kcal/mol，均优于其天然配体。对接构象显示化合物通过氢键、疏水作用与靶点关键残基结合。

ADMET特性

化合物1符合Lipinski五规则，化合物2因分子量较大略有偏离。两者均显示良好的肠道吸收性，无血脑屏障穿透性，且非P-糖蛋白底物。hERG毒性预测显示心脏安全性良好。

分子动力学模拟

RMSD、RMSF、RoG、SASA和氢键数目分析表明，化合物2-CDK-2复合物在50 ns模拟中结构稳定，波动处于合理范围。

结合自由能计算

MM-PBSA和MM-GBSA计算显示总结合自由能均为负值，其中范德华力和静电作用为主要贡献项。残基分解分析提示ASP86、LYS89等残基在结合中起关键作用。

Principal Component Analysis (PCA) and Free Energy Landscape (FEL)

PCA和FEL分析显示复合物构象集中于低能区域，表明结合状态稳定，构象变化受限。

Conclusions

两种香豆素衍生物，尤其是化合物2，通过靶向CDK-2和BCL-2蛋白，展现出显著的抗白血病活性和良好的成药性，具备进一步开发为抗白血病药物的潜力。