MK-8776

点击蓝字 ↑ 关注药研视角 PharmaView JMC速览 2025.11.18 近日，海南大学罗海彬/桑志培/黄姝姮团队在药物化学权威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为《人工智能驱动的吡唑并[1,5-α]嘧啶衍生物的发现及其作为特发性肺纤维化治疗的新型磷酸二酯酶4抑制剂》的研究论文。该研究创新性地将人工智能驱动的虚拟筛选与结构生物学相结合，成功发现了一类新型高选择性、高活性的PDE4抑制剂，为特发性肺纤维化（IPF）治疗提供了潜在候选药物，并展示了AI在抗纤维化药物研发中的强大潜力。【JMC】上海中医药大学葛广波&海南大学黄姝姮：AI驱动发现高效特异性hCES2A抑制剂【JMC】中山大学吴一诺/海南大学罗海彬/广东药科大学张晨：新型PDE1抑制剂调节TGF-β/Smads和MAPK缓解肺纤维化【JMC】海南大学罗海彬/黄仪有/吴德燕团队：新型PDE4抑制剂Moracin M衍生物发现及其抗银屑病机制研究【JMC】中山大学王红胜&海南大学罗海彬发现一种新型选择性m6A去甲基酶ALKBH5抑制剂【JMC】海南大学罗海彬/周倩&中山大学吴一诺联合报道选择性PDE1抑制剂用于治疗特发性肺纤维化 1 min速览 研究背景 特发性肺纤维化（IPF）是一种进行性、不可逆的致死性间质性肺病，目前临床仅有吡非尼酮和尼达尼布两款药物获批，但仅能延缓疾病进展，无法满足治疗需求。磷酸二酯酶4（PDE4）是炎症与纤维化过程中的关键酶，抑制PDE4可同时发挥抗炎与抗纤维化作用，是IPF治疗的新兴靶点。然而，传统PDE4抑制剂存在胃肠道副作用大、选择性差等问题，亟需开发新型高效、低毒、高选择性的PDE4抑制剂。 重点内容 AI驱动的虚拟筛选与结构优化研究团队构建了一个包含2650个PDE4抑制剂活性的数据集，采用多种机器学习算法（如GBR）建立QSAR模型，对约2000个化合物进行虚拟筛选，最终发现已知CHK1抑制剂T3700（MK-8776）具有PDE4抑制活性（IC₅₀ = 725 nM）。 共晶结构解析与结构导向优化通过解析T3700与PDE4D的共晶结构（PDB: 9LRO），发现其独特的“卤素键-金属配位”协同作用模式。基于该结构特征，设计合成了29个衍生物，其中化合物13c表现出最优活性（IC₅₀ = 2.7 nM），活性提升268倍。 13c的综合药效学与成药性评价 选择性：对PDE4D2具有高度选择性，对其他PDE亚型抑制活性低（>370倍选择性）。 稳定性：大鼠肝微粒体半衰期达141.4分钟，优于多数衍生物。 体外抗纤维化活性：在TGF-β诱导的肺成纤维细胞（MRC-5）与肺泡上皮细胞（A549）模型中，13c显著抑制纤维化标志物（如α-SMA、COL1A1、FN1、N-cadherin、vimentin）表达，效果优于阳性对照药物吡非尼酮（PFD）。 体内抗纤维化疗效：在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中，13c（2.5 mg/kg，腹腔注射）显著改善肺功能、降低肺系数与羟脯氨酸含量，减少胶原沉积与炎症浸润，疗效优于口服PFD（300 mg/kg）。 研究总结 本研究成功构建了一个AI驱动的PDE4抑制剂发现平台，结合结构生物学与药理学验证，开发出新型高活性、高选择性的PDE4抑制剂13c。13c在体外与体内均表现出显著的抗肺纤维化活性，具有良好的成药性特征，是IPF治疗的潜在候选药物。该研究不仅提供了新的治疗策略，也为AI辅助抗纤维化药物研发提供了可借鉴的方法学路径。 图片来源：ACS 详细阅读 01 INTRODUCTION 研究背景 特发性肺纤维化（IPF）是一种致死率极高的进行性肺间质疾病，目前临床仅依赖吡非尼酮与尼达尼布延缓病程，远未满足治疗需求；疫情后肺纤维化患者激增，更凸显新药迫切性。磷酸二酯酶4（PDE4）因能同时调控炎症与纤维化信号，被视为极具潜力的抗IPF靶点，但现有PDE4抑制剂受限于胃肠道副作用及选择性不足。传统高通量筛选耗时费力，本文作者因此整合AI建模、虚拟筛选、结构生物学与药理验证，建立高效 workflow，从约两千个活性化合物中重筛出旧药T3700，解析其独特“卤素键-金属配位”共晶模式，并据此设计优化得到活性提高268倍、肝微粒体稳定性优异且体内外抗纤维化效果显著优于阳性药的新候选物13c，为IPF治疗提供高质量先导化合物，也展示了AI驱动抗纤维化药物研发的通用范式。 02 Drug Design ①AI一眼挑中“老药”T3700 为了高效挖掘新的PDE4抑制剂，作者团队首先收集ChEMBL数据库中2650个已报到的活性分子，建立训练集与测试集，用八种机器学习算法反复建模比较，最终确认梯度提升回归（GBR）预测pIC₅₀的R²达0.76（训练集）和0.72（测试集），外部验证AUC=0.888，表现出稳健的外推能力；依托该模型，他们对约两千个已证活性化合物进行打分，先筛出157个预测IC₅₀<100 nM的候选，再经类药性过滤、AutoDock Vina对接（≤−8 kcal/mol）及合成可及性评估，将范围缩至37个，最终实验测试锁定原本为CHK1抑制剂的T3700（MK-8776），其对PDE4的IC₅₀为725 nM，成为后续结构优化的起点，展现了“AI先筛-实验后证”策略在重定位旧分子库中的速度与成本优势。 ②构效关系与结构优化 解析T3700与PDE4D的共晶结构（PDB:9LRO）发现，其吡唑并[1,5-a]嘧啶核心保持经典氢键与π-π堆积，而Q区溴原子与Tyr159/Asn321形成罕见卤素键，同时哌啶侧链伸向M-pocket金属区但无直接配位；作者据此把“卤素键+金属螯合”定为增效双抓手，保留母核与溴代，将哌啶系统改造成含柔性或刚性连接臂的酯、酸、醇、异羟肟酸及苯环等系列，共设计合成29个衍生物，用分子对接实时评估结合姿态与类药性，大幅压缩合成试错成本，为后续活性跃升奠定精准蓝图。 围绕M-pocket与Q-pocket的协同占据，作者系统变换侧链金属结合片段（MBF）与C6卤素，发现柔性链长n=3的异羟肟酸13c活性最优（IC₅₀ 2.7 nM），比对应酸、酯、醇衍生物提升1～2个数量级，而苯环刚性连接或溴→氯/去卤素均显著削弱效力，证实异羟肟酸-Zn²⁺螯合与溴-Asn321卤素键是增效核心；大鼠肝微粒体稳定性随链长增加先升后降，13c的t₁/₂达141.4 min，且对CHK1选择性提高100倍，明确“Br+三碳柔性异羟肟酸”组合在活性、选择性及代谢稳定性间的最佳平衡，为锁定候选化合物提供决定性依据。 图片来源：ACS 03 RESULTS ①结合模式 共晶结构（PDB:9LRP）显示，13c的吡唑并嘧啶骨架依旧与Gln369形成双氢键，并夹在Phe372/Phe340疏水钳中，但末端异羟肟酸伸入金属区与Zn²⁺直接配位，同时与His160、Tyr159、Asp318搭成氢键网络；C6溴与Asn321形成长度3.0 Å的卤素键，这在与罗氟司特对比结构中未见，成为额外锚定点。100 ns分子动力学模拟表明该结合模式波动极小，MM-PBSA计算总结合自由能−38.7 kJ mol⁻¹，其中范德华贡献−165.4 kJ mol⁻¹，Phe372、Ile336、Phe340为主要能量贡献残基，定量解释了13c为何能在保持选择性的同时将亲和力推高两个数量级。 ②13c对其他PDE亚型选择性良好 在涵盖PDE1B、3A、5A、7A、8A、9A与10A的广谱筛选中，13c对PDE4D2保持个位数纳摩活性，而对PDE1B、3A、9A几乎无抑制（IC₅₀>10 μM，选择性>3700倍），对PDE5A、7A、8A亦仅有微摩至弱微摩级作用，选择性分别达2774、>370与428倍；唯一需关注的是对PDE10A的IC₅₀为182 nM，仍保持67倍窗口。鉴于PDE10A主要分布于中枢神经系统且已有研究显示其抑制可协同抗纤维化，该程度交叉活性被认为风险可控，从而确认13c为高选择性PDE4抑制剂，为后续体内疗效与安全性评估奠定靶点纯净度基础。 ③成药性评价 Caco-2双向渗透实验显示13c的表观渗透系数Papp(A→B)为0.857×10⁻⁶ cm/s，外排比13.5，表明其具备中等细胞穿透能力并存在主动外排；该化合物对hERG钾通道和主要CYP450酶（2C19、2C9、2D6、3A4）的抑制均弱（IC₅₀>25–40 μM），小鼠急性毒性试验中1.5 g/kg剂量未见明显不良反应，提示体外安全窗口宽。尽管口服生物利用度偏低（静脉给药t₁/₂仅0.07 h），但其理化性质符合Lipinski规则，且体内快速清除为后续采用腹腔注射进行药效验证提供了可行性，因此整体成药性良好，值得进一步开展代谢优化和递送系统改进。 图片来源：ACS ④体外双模型证实13c抑制FMT和EMT，效果优于吡非尼酮 在10 ng/mL TGF-β1诱导的MRC-5成纤维细胞向肌成纤维细胞转化（FMT）模型中，13c在5–20 μM浓度下显著下调α-SMA、COL1A1和FN1水平，Sirius红染色证实胶原沉积减少，效果与10 μM吡非尼酮相当甚至更优；同样浓度的13c作用于A549肺泡上皮细胞EMT模型，可逆转E-cadherin下降并抑制N-cadherin和vimentin上调，EdU和划痕实验进一步显示其能剂量依赖地抑制细胞增殖与迁移。综合两项关键体外病理模型结果，13c对肺成纤维细胞激活和上皮细胞表型转化均表现出明确且优于阳性对照的干预活性，为其体内抗纤维化研究提供了扎实的机制与剂量依据。 图片来源：ACS ⑤体内疗效 单次气管内滴注博来霉素（3 mg/kg）诱导小鼠肺纤维化后，自第2天起腹腔注射13c（2.5 mg/kg）或灌胃吡非尼酮（300 mg/kg）连续3周，结果显示13c显著降低肺系数和肺组织羟脯氨酸含量，肺功能指标（IC、FVC、VC、Cchord、PEF、FEF50、MMEF）均明显改善，气道阻力RI下降；H&E和Masson染色可见肺泡结构破坏、胶原沉积和炎症浸润显著减轻。Western blot进一步证实13c下调肺组织FMT标志物（FN1、COL1A1、α-SMA）和EMT标志物（N-cadherin、vimentin），并恢复E-cadherin水平，综合评分优于高剂量吡非尼酮。该结果在动物层面验证了13c对博来霉素诱导肺纤维化的显著治疗潜力，为其进一步开发提供体内药效学依据。 CONCLUSIONS 本研究通过AI虚拟筛选快速锁定老药T3700，借助共晶结构解析明确“卤素键+金属配位”增效策略，经结构导向优化得到活性提高268倍、肝微粒体稳定性好且选择性突出的PDE4抑制剂13c；该化合物在细胞与博来霉素小鼠模型中均展现优于吡非尼酮的抗纤维化疗效，体外安全窗口宽，虽口服暴露量低但腹腔给药已足显效。整体流程证明AI与结构生物学融合可高效产出高质量抗IPF先导，为后续口服递送优化和安全性评价奠定坚实基础。 文献详细全面信息请跳转原文阅读： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c02407  喜欢此内容的人还喜欢 【JMC】中山大学吴一诺/海南大学罗海彬/广东药科大学张晨：新型PDE1抑制剂调节TGF-β/Smads和MAPK缓解肺纤维化 药研视角 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