《Biochemistry Research International》：Ligand-Based Pharmacophore Mapping and Virtual Screening for the Search of Biguanide-Like Molecules With Antidiabetic Potentials Targeting Liver Kinase B1
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本文推荐一篇聚焦于2型糖尿病（T2DM）创新药物研发的原创研究。文章系统阐述了靶向肝激酶B1（LKB1）作为调控AMP激活蛋白激酶（AMPK）通路关键节点的治疗新策略，通过配体药效团映射与虚拟筛选技术，从29,000种天然产物中鉴定出多个具有良好结合活性与药代动力学（ADMET）特性的潜在先导化合物，并借助分子动力学（MD）模拟验证了其稳定性，为开发兼具增强胰岛素敏感性与高安全性的抗糖尿病新药提供了重要线索。
1. 引言
2型糖尿病（T2DM）是一种由机体葡萄糖代谢稳态失衡引发的慢性非传染性疾病，已成为全球性健康挑战。AMP激活蛋白激酶（AMPK）作为关键的细胞能量传感器，在葡萄糖代谢调控中扮演核心角色。肝激酶B1（LKB1）是激活AMPK的主要上游激酶，通过磷酸化AMPK的α亚基，其激活效能可比单纯变构激活提升超过1000倍。然而，二甲双胍等现有双胍类药物面临耐药性问题，因此寻找新型双胍类似物以增强胰岛素敏感性、靶向LKB1-AMPK通路成为迫切需求。本研究旨在通过计算生物学方法，系统探索LKB1在T2DM中的作用，并筛选具有潜力的天然产物作为LKB1激动剂。
2. 方法论
研究采用了一套系统的计算药物发现流程。首先，利用DisGeNET数据库确认了LKB1基因与糖尿病之间的关联性。随后，通过STRING平台构建了LKB1的蛋白质-蛋白质互作网络。分子对接协议经过验证，其重对接均方根偏差（RMSD）值为1.64?（<2?），表明方法可靠。人类LKB1蛋白（PDB：2WTK）的结构经过处理后，与二甲双胍、苯乙双胍、丁双胍三种标准双胍类药物进行分子对接。基于这些双胍-LKB1复合物，使用LigandScout软件生成了配体药效团模型，该模型包含一个氢键供体和两个疏水相互作用特征。此模型被用于对来自NPASS数据库的29,000种天然植物化学成分库进行虚拟筛选，初步获得52个命中化合物。对这些化合物进行分子对接以评估其与LKB1的结合亲和力，并通过SwissADME网络服务器对其吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）特性进行预测。最后，对筛选出的顶级化合物与LKB1的复合物进行了100纳秒的分子动力学（MD）模拟，以评估其在模拟人体生理条件下的稳定性。
3. 结果
3.1 疾病-基因关联与蛋白网络
DisGeNET分析显示，LKB1与糖尿病（关联得分0.040）、胰岛素抵抗（0.20）等疾病存在关联。STRING蛋白互作网络分析表明，LKB1（STK11）与AMPK催化亚基PRKAA1、PRKAA2等关键蛋白存在直接互作。
3.2 药效团筛选与分子对接
基于双胍类药物生成的合并药效团模型对天然产物库进行筛选，命中率为0.0018%。分子对接结果显示，多个命中化合物对LKB1的结合亲和力（-11至-7.4 kcal/mol）均优于对照双胍类药物（苯乙双胍-7.1、丁双胍-5.4、二甲双胍-4.7 kcal/mol）。
3.3 ADMET与口服生物利用度分析
对结合亲和力前20位的化合物进行ADMET分析。其中，dioncopeltine A（CID 185971）、saussureamine C（CID 9998735）、agelastatin D（CID 177418）等化合物在胃肠道（GI）吸收、脂溶性（Lipinski）规则等方面表现良好，且口服生物利用度雷达图显示其各项参数（分子量、脂溶性、饱和度、极性等）均在理想范围内。
3.4 配体-蛋白相互作用
详细分析了顶级化合物与LKB1的结合模式。例如，结合亲和力最强的dragmacidin D（-11 kcal/mol）与CYS132、GLY180、GLU138等残基形成氢键，并与LEU183、TYR60等多个残基发生疏水相互作用。Saussureamine C与SER59、TYR60、GLY61等残基形成氢键，这些残基对诱导LKB1蛋白活性可能至关重要。
3.5 分子动力学模拟验证稳定性
对phenformin（对照）及dragmacidin D、dioncopeltine A、saussureamine C、agelastatin D这四种顶级化合物与LKB1的复合物进行了100纳秒MD模拟。结果显示，saussureamine C、dioncopeltine A和agelastatin D的复合物在整个模拟过程中均方根偏差（RMSD）波动较小（<3?），表现出优异的稳定性。Dragmacidin D复合物虽在约93.8纳秒时蛋白骨架出现短暂波动，但配体始终保持紧密结合。均方根涨落（RMSF）分析进一步证实了这些复合物在关键残基区域的高度构象稳定性。
4. 讨论
研究聚焦于通过激活LKB1间接调控AMPK通路作为T2DM治疗新策略。所筛选出的先导化合物具有多样的天然来源与已知生物活性。例如，saussureamine C源自中药木香，具有抗溃疡作用；agelastatin D源自海洋海绵，显示抗癌活性；dragmacidin D同样来自海洋海绵，具有抗炎等特性。这些化合物作为LKB1潜在激动剂的新功能被首次揭示。研究结果与近期发现如antroalbol H可通过促进LKB1 Thr-189磷酸化来激活AMPK、改善血糖的报道相呼应，进一步验证了LKB1作为抗糖尿病药物靶点的潜力。
5. 结论
本研究通过整合生物信息学、计算化学与模拟生物学方法，系统探索了LKB1作为T2DM治疗靶点的可行性。从大规模天然产物库中成功筛选出数个与LKB1具有高结合亲和力、良好ADMET特性及复合物稳定性的先导化合物，包括dragmacidin D、dioncopeltine A、saussureamine C和agelastatin D。这些发现为开发基于LKB1-AMPK通路、具有增强胰岛素敏感性的新型抗糖尿病药物提供了有价值的候选分子和理论依据，有助于应对日益严峻的糖尿病治疗挑战与耐药性问题。
