基于蛋白质-配体相互作用分析工具PLIP揭示靶向蛋白互作药物的结构基础

　　这篇综述系统阐述了利用蛋白质-配体相互作用分析工具PLIP解析靶向蛋白-蛋白相互作用（PPI）药物的结构特征。作者通过对比实验与预测结构中的非共价相互作用模式，揭示了PPI与蛋白质-配体相互作用（PLI）在结合位点残基和相互作用类型上的共性与差异，为基于结构的PPI药物筛选提供了重要理论依据。文中重点分析了MDM2/p53、Bcl-2/BAX等临床靶点的相互作用网络，并评估了AlphaFold等预测工具在界面分析中的可靠性。

　　

背景

蛋白-蛋白相互作用（PPI）的靶向抑制是药物开发中极具挑战性却前景广阔的领域。随着结构生物学的发展，蛋白质数据库（PDB）已收录约50万（部分冗余）蛋白互作界面和2200个靶向这些界面的药物样分子。然而，PPI界面通常比传统配体结合位点更大（1200-4500 ?²）且平坦，其多样性（如永久性或瞬时性）也增加了靶向难度。热点残基（hot spots）如Trp、Tyr和Arg的发现为小分子设计提供了突破口，这些残基能通过π相互作用、疏水接触和氢键等多种非共价作用稳定结合。

研究方法

研究团队采用蛋白质-配体相互作用分析工具PLIP 2.4版，系统分析了134,743个蛋白质-配体复合物和453个双链蛋白互作结构的非共价相互作用。PLIP可检测8类相互作用：疏水作用、氢键、水桥、π堆叠、π-阳离子作用、卤键、盐桥和金属配位。通过对比实验结构与AlphaFold3、Protenix预测结构，评估了计算模型在界面分析中的准确性。

核心发现

相互作用模式差异：PPI平均形成48个非共价作用，显著多于PLI的12个。氢键（PPI 33% vs PLI 37%）和疏水接触（PPI 40% vs PLI 28%）是主要作用力，但PLI中特有的卤键和金属配位为药物设计提供了额外手段。

临床案例解析：

1. 1.

   MDM2/p53：抗癌药物SAR405838通过螺环羟吲哚支架模拟p53的Trp23，与MDM2的Leu57/Ile61形成疏水作用，并引入实验结构中罕见的卤键。

2. 2.

   Bcl-2/BAX： Venetoclax与Bcl-2的Asn143-Trp144-Gly145-Arg146四联体作用，而新一代抑制剂sonrotoclax通过改变Phe112构象克服耐药性。

3. 3.

   CCR5/gp120：HIV抑制剂maraviroc仅靶向gp120/CCR5两大结合位点中的跨膜区，通过π堆叠与Trp86/Yr89结合，但未覆盖N端硫酸化酪氨酸关键位点。

预测模型评估：AlphaFold3和Protenix对MDM2/p53界面预测准确率达82%，但对BRD4-H4等复杂界面重叠率仅27%-34%。PLI预测中，Protenix对溴结构域抑制剂apabetalone的相互作用重现率达89%，但BCL-2抑制剂预测效果较差（17%-23%），显示当前算法对柔性界面的局限性。

讨论与展望

研究揭示了PPI与PLI在结构基础上的共性，为基于相互作用的虚拟筛选提供了依据。值得注意的是，成功靶向PPI的临床药物多作用于相对较小的界面（如BRD的乙酰化赖氨酸口袋），且常通过引入非天然相互作用（如卤键）增强结合。未来需结合分子动力学模拟解决界面柔性问题，并开发能量化单个相互作用能量贡献的评分系统。尽管预测工具尚不完美，但其在扩充PPI药物筛选数据库方面已展现出重要价值，特别是对缺乏实验结构的靶点。

结论

靶向PPI的药物设计需兼顾三个维度：聚焦热点残基集群（hot regions）、利用小分子化学多样性拓展相互作用类型，以及审慎评估预测结构的界面细节。随着算法进步，整合PLIP等工具的计算筛选有望加速"难成药"PPI靶点的药物开发，而本文揭示的相互作用模式规律将为这一进程提供关键指导。