靶向Mcl-1抗急性髓系白血病：1,2,4-三唑并[4,3-b]哒嗪衍生物的分子对接、动力学与ADMET研究

　　本研究针对急性髓系白血病（AML）治疗难题，通过计算生物学方法探索1,2,4-三唑并[4,3-b]哒嗪衍生物作为Mcl-1抑制剂的潜力。研究发现化合物8l具有最强结合自由能（ΔGbind=-58.96 kcal/mol）和低抑制常数（Ki=0.34 μM），分子动力学显示其复合物RMSD仅1.71 ?。ADMET预测揭示其药代动力学局限性，但8l仍被确立为具有优化前景的先导化合物，为AML靶向治疗提供新方向。

　　

急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML）作为最具侵袭性的血液恶性肿瘤之一，近年来在靶向治疗领域仍面临巨大挑战。这种疾病以异常髓系前体细胞的克隆增殖为特征，导致造血功能受损，若未经治疗会迅速恶化。尤其值得注意的是，AML在60岁以上人群中发病率较高，且其遗传异质性导致治疗效果差异大，患者常出现复发、耐药性和治疗相关毒性等问题。尽管化疗、靶向治疗和造血干细胞移植有所进展，但现有治疗方案仍存在明显局限性。

在AML的发病机制中，髓系细胞白血病-1（Myeloid Cell Leukemia-1, Mcl-1）蛋白作为BCL-2家族的重要抗凋亡成员，发挥着关键作用。Mcl-1的过表达与AML细胞的生存和耐药性密切相关，特别是在临床使用BCL-2抑制剂如venetoclax时，肿瘤细胞通过补偿性上调Mcl-1表达来获得耐药性。这使得Mcl-1成为一个极具吸引力的治疗靶点。然而，现有的Mcl-1抑制剂在选择性和药代动力学方面仍存在未解决的问题，迫切需要开发新型、更具选择性的抑制剂。

在这项纯粹的计算研究中，研究人员将目光投向了1,2,4-三唑并[4,3-b]哒嗪衍生物这一具有潜力的化合物家族。这类三环杂环化合物具有适合蛋白质结合的物理化学特性，并在体外实验中显示出显著的抗癌活性。特别是先前实验研究已证实，包括化合物8l在内的多个衍生物对MV4-11白血病细胞表现出有效的抗增殖活性，IC₅₀值达到1.5 μM。

为了深入探索这些化合物作为Mcl-1抑制剂的潜力，研究团队采用了综合的计算方法策略，包括分子对接、分子动力学（MD）模拟、量子化学计算和ADMET分析。这种方法与之前Guendouzi及其同事报告的多层次计算机策略相一致，他们证明了将分子建模与ADMET和量子化学分析相结合在优化抗癌支架方面的实用性。

研究人员主要采用了几个关键技术方法：从蛋白质数据库（PDB ID: 3WIX）获取Mcl-1晶体结构并进行预处理；使用Glide XP模式进行分子对接分析；通过Desmond模块进行200 ns的分子动力学模拟；采用MM/GBSA方法计算结合自由能；利用密度泛函理论（DFT）分析电子特性；使用QikProp和ProTox-II进行ADMET和毒性预测。所有计算均基于Schr?dinger Suite 2023-2平台完成。

蛋白质结构验证

通过PROCHECK生成的Ramachandran图显示，超过98%的残基位于最有利和额外允许区域，确认了蛋白质模型的高结构完整性，支持其用于后续分子对接和模拟研究的适用性。

分子对接和抗增殖评估

对接研究评估了26种合成的1,2,4-三唑并[4,3-b]哒嗪衍生物与Mcl-1的结合相互作用。化合物8f、8j、8k和8l显示出比参考化合物sunitinib（-8.74 kcal/mol）更有利的Glide分数，表明对Mcl-1的预测结合亲和力更优。其中，化合物8l以-8.81 kcal/mol的Glide分数和-48.90 kcal/mol的最低Glide能量脱颖而出，表明蛋白质-配体相互作用强而稳定。这些计算发现与先前报告化合物8l对MV4-11细胞具有有效抗增殖活性（IC₅₀=1.5±0.5 μM）的实验结果一致。

抑制常数（K_i）计算显示，化合物8f、8j、8k和8l的K_i值分别为0.31 μM、0.32 μM、0.35 μM和0.34 μM，而sunitinib显示出稍弱的K_i值0.36 μM，与其较低的Glide分数一致。这些值加强了化合物8l的效力，尽管其溶解度和渗透性适中，但仍支持其作为Mcl-1抑制先导支架的潜力。

蛋白质-配体（P-L）相互作用分析

结合相互作用分析显示，先导化合物8j、8k、8l和8f在Mcl-1受体活性位点内具有关键的疏水和极性接触，与LEU267、MET231、VAL274、PHE228和ALA227等关键残基相互作用。值得注意的是，化合物8j、8k和8l表现出共享的相互作用特征，其三唑-哒嗪支架与PHE270形成π-π堆积相互作用，这是已知参与稳定Mcl-1活性位点内配体结合的残基。

相比之下，化合物8f通过其苯甲酰胺部分的苯环建立π-π堆积相互作用，与其他衍生物中观察到的三唑介导的结合不同。与THR266和HIS224等残基的额外极性接触进一步有助于蛋白质-配体复合物的稳定，增强结合亲和力。

分子动力学（MD）模拟分析

分子动力学模拟结果显示，所有蛋白质-配体复合物在初始弛豫阶段后实现了结构平衡，在整个200 ns模拟过程中保持相对较低的波动。未结合（APO）结构的平均RMSD为2.12 ?，表明在没有配体结合的情况下存在中等程度的结构灵活性。配体结合后，蛋白质RMSD值降低，反映了稳定性的增加。

具体而言，8f复合物表现出最低的平均RMSD 1.68 ?，紧随其后的是8l为1.71 ?，而8k和sunitinib（Su）的平均RMSD值分别为1.76 ?和1.88 ?。这些结果表明，化合物8f和8l有效稳定了Mcl-1结构，性能与参考化合物相当或更优。

RMSF分析提供了氨基酸残基局部灵活性的进一步见解。APO结构显示平均RMSF为0.92 ?，建立了比较基线。配体结合通常降低了关键残基的波动，表明构象流动性受限。在测试的系统中，8f复合物显示出最明显的灵活性降低，平均RMSF为0.76 ?，表明对蛋白质结构有显著的稳定效果。

蛋白质-配体接触分析

在200 ns MD模拟过程中监测了Mcl-1与化合物8f、8j、8k、8l和参考sunitinib的相互作用特征，并分类为氢键、疏水接触、离子相互作用和水桥。这些动态接触是复合物稳定的关键贡献者，反映了配体的潜在结合效率。

在所有系统中，PHE270始终是一个关键残基，保持近乎连续的疏水或π-π堆积相互作用，特别是与化合物8f、8j、8k和8l。VAL253、MET231、MET250和PHE254也经常有助于疏水稳定，VAL253在所有配体中表现出长持续时间接触。

结合自由能（MM/GBSA）分析

MM/GBSA结合自由能（ΔG_bind）值计算显示，所有先导化合物都比sunitinib表现出更有利的ΔG_bind值，化合物8l显示出最强的结合亲和力（-58.96 kcal/mol），其次是8k（-57.09 kcal/mol）和8f（-55.51 kcal/mol）。sunitinib显示出相对较弱的ΔG_bind为-51.71 kcal/mol，加强了先导化合物的优越稳定性。

能量分解显示，范德华力和亲脂相互作用是所有配体的主要稳定力，特别是对于8l、8k和8f，而共价和氢键贡献保持适度。静电相互作用变化很大；8f在这一类别中贡献最有利，而8l最不依赖库仑稳定。

量子化学计算

DFT量子化学计算显示，在先导分子中，化合物8l显示出最小的能隙（气相3.25 eV，DMF中3.18 eV），表明反应性最高，紧随其后的是sunitinib（3.36 eV和3.33 eV）。相比之下，8f在DMF中显示出增加的ΔE，反映了在溶剂中稳定性的改善。

电离势和电子亲和力支持这些趋势，8l在两种环境中都表现出高值（I=6.54 eV，A=3.28 eV），表明强大的电子给予和接受能力。化学硬度和柔软度进一步加强了化合物8l的反应性。它记录了最低的硬度（1.59-1.63 eV）和最高的柔软度（0.62-0.63 eV），超过了所有其他化合物，包括sunitinib。

前沿分子轨道（FMO）和分子静电势（MEP）

前沿分子轨道分析显示，在化合物8f和8j中，LUMO主要定位于6-氯-[1,2,4]三唑并[4,3-b]哒嗪核心，而HOMO更加离域，排除了氯化苯基和烷基链等区域。对于8k，LUMO仍然集中在三唑并哒嗪核心，HOMO更广泛延伸但排除了氯取代基和呋喃部分。

ADMET特性

ADMET特性评估显示，所有化合物均满足Lipinski五规则标准，表明具有良好的口服生物利用度潜力。分子量范围从329.78 g/mol（8j）到463.12 g/mol（8f），所有候选物的氢键供体（≤5）和受体（≤10）都在可接受限度内，且没有违反logP阈值。脂溶性（QPlogPo/w）最高的是8f（4.65），最低的是8l（2.23），表明后者极性更大，可能影响膜渗透性。

血脑屏障渗透性（QPlogBB）对所有化合物都较低，8l表现出最低的中枢神经系统暴露（-1.89），表明神经毒性潜力有限。心脏毒性风险评估显示，所有化合物的值都低于-5，表明hERG通道阻断的可能性较低。细胞渗透性最高的是8f，而8l在两个模型中都表现出较差的渗透性。溶解度特征突出显示8f溶解性差（-7.70），而8j、8k和sunitinib表现出中等水溶性。预测的人体口服吸收（%HOA）最高的是8f和8j（100%），而8l由于有限的溶解度和渗透性显示出最低的吸收（72.21%）。

毒性分析

使用ProTox 3.0的毒性分析显示，所有化合物都属于毒性类别IV（300<>₅₀≤2000 mg/kg），表明如果吞食是有害的。大多数化合物被预测为具有肝毒性，8l显示出额外的致癌性和致突变性风险。相比之下，sunitinib是非肝毒性的但显示出免疫毒性潜力。

研究结论表明，通过综合计算策略评估了一系列1,2,4-三唑并[4,3-b]哒嗪衍生物作为急性髓系白血病潜在Mcl-1抑制剂的效果。化合物8l成为最有前景的先导化合物，表现出最强的结合亲和力（ΔG_bind=-58.96 kcal/mol）、高电子反应性（DMF中ΔE=3.18 eV）和有效的实验抗增殖活性（IC₅₀=1.5 μM），性能优于参考药物sunitinib。分子动力学模拟确认了8l-Mcl-1复合物的结构稳定性，而前沿轨道和静电分析突出了有利的电荷分布和双反应性特征。

虽然ADMET分析揭示了诸如溶解性差和渗透性中等等局限性，但这些被化合物的强效药效学特征所抵消。毒性预测指出了需要未来关注的可管理安全问题，肝毒性和致突变性被标记出来。这些发现为AML靶向治疗提供了新方向，并将指导后续的结构优化和实验验证工作。

研究人员计划启动实验验证研究，包括表面等离子体共振（SPR）和酶抑制动力学等生化测定，以确认化合物8l与Mcl-1的直接结合，以及使用AML细胞系（MV4-11、HL-60）的MTT和凋亡测定以确认抗增殖效果。这些努力将为本文提出的计算预测提供机制和转化验证。结构改进也将被追求以提高溶解度、降低毒性风险并增强药物相似性而不影响效力。