基于结构虚拟筛选发现新型TLR2抑制剂

2020-04-30 10:10:42 来源:源资信息科技(上海)有限公司

新闻摘要:本次案例分享主要给大家介绍一个使用虚拟筛选方法发现新型TLR2抑制剂的研究。

1. 研究背景

Toll样受体2(TLR2)作为细胞表面TLR家族的主要成员,在多种免疫细胞(如树状突细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞和B细胞等)中均有表达,在抗感染性疾病中发挥着重要作用。TLR2通过识别和结合广泛的微生物成分如脂肽、脂膜酸等,激活先天免疫系统。TLR2还在多种非感染性疾病中发挥着重要作用,如哮喘、肾病、动脉粥样硬化等。TLR2参与了多种神经性疾病,如TLR2与导致阿尔兹海默病的b淀粉样蛋白(Ab)有密切关系,TLR2是Ab活化小胶质细胞所必需的,活化的TLR2促进小胶质细胞Ab的摄取;脑卒中后大脑组织中TLR2表达也明显升高。TLR2被证明在多种神经细胞如小神经胶质细胞、星形胶质细胞和神经前体细胞中均有表达,并参与了多种神经细胞的生长和分化。TLR2介导的信号通路是炎症反应过程中的重要途经。临床研究证明TLR2与几种炎症和代谢性疾病有关,其抑制剂在炎症治疗中有重要作用。因此研究基于已知抑制剂和靶标蛋白结构的方法进行虚拟筛选,发现结构新颖的TLR2抑制剂。


2. 实验流程

图1 筛选流程


研究选择三个已知抑制剂产生的2个药效团模型,分别进行药效团筛选、形状相似性筛选、对接筛选和对接结果分析,最后将命中的化合物进行一系列细胞活性测定试验,验证其抑制活性。


3. 实验结果

3.1 抑制剂的对接构象研究

对接构象的研究可以为基于受体的虚拟筛选提供指导。因此选择已知的TLR2抑制剂进行对接,观察其在靶标蛋白中的结合构象。抑制剂m1在靶标TLR2活性位点处,能与残基Phe349、Leu350的氮形成氢键相互作用,和Leu350的羰基氧形成氢键相互作用,并且与残基Phe325的苯基形成疏水相互作用。抑制剂m1结构位于残基Phe284、Phe295、Leu289、 Ile314 和Leu266组成的活性位点底部。抑制剂c24的苯酚酮环位于活性位点入口,并且与残基Leu350、Ser346的羰基氧形成氢键相互作用,和残基Phe349、Leu350的氮形成氢键相互作用。抑制剂CU-CPT22的己基、甲苯基位于活性位点底部,与残基Phe295、 Leu266和Ile314形成疏水相互作用。


图2 已知TLR2抑制剂结构


3.2 虚拟筛选结果

研究使用已知抑制剂产生药效团模型,并对模型进行了筛选效率的验证,选择命中效率最高的两个药效团分别进行虚拟筛选。药效团1经过药效团筛选命中3889个化合物,形状相似性筛选命中500个化合物,对接筛选和相互作用分析后命中8个化合物。药效团2经过药效团筛选命中5206个化合物,形状相似性筛选命中500个化合物,对接筛选和相互作用分析后得到5个化合物。使用虚拟筛选方法命中的化合物结构如图3所示。


图3 虚拟筛选命中的化合物结构


3.3 生物活性测定结果

为了进一步验证命中化合物的生物活性,研究进行了细胞活性试验。选择hTLR2细胞(HEK-Blue hTLR2)进行命中化合物的活性测定,并选用已知抑制剂Pam3CSK4和Pam2CSK4作为对照组。观察实验结果,发现有5个化合物能有效降低hTLR2细胞的活性,其中化合物8、MMG-11和12的抑制活性最好,在浓度为25mM时表现出60%的抑制。研究继续对这3个化合物进行了IC50测定,发现化合物MMG-11的抑制活性最高。

将命中化合物6、8和MMG-11进行降低细胞因子分泌的活性测定试验。选择THP-1巨噬细胞和PBMCs免疫细胞进行研究,结果发现化合物MMG-11在25mM时能降低细胞因子分泌,在50mM时完全抑制细胞因子IL-8分泌。并且化合物MMG-11未表现出细胞毒性。因此化合物MMG-11可以作为潜在的先导物进行后期研究。


图4 部分生物活性试验结果


3.4 活性机理研究

研究对筛选命中的活性最好的化合物MMG-11进行了对接模式分析,以探究其与靶标TLR2的作用模式。分析对接结果,发现化合物MMG-11嵌在活性位点入口,其邻苯三酚的氧原子与残基Phe349的氮原子、与残基Lys347、Ser346的氧原子形成氢键相互作用网。化合物MMG-11的苯基与残基Phe349、Val348形成疏水相互作用,呋喃基团和残基Leu328、Phe325、Ile314形成相互作用,乙酯基团与残基Phe284、Leu289、Leu266、Ile314形成疏水相互作用。化合物MMG-11的相互作用模式与药效团模型2较相似。


4. 结论

研究选择已知抑制剂产生2个药效团模型,然后分别进行药效团筛选、形状相似性筛选、对接筛选,最后对命中的化合物进行活性测定。虚拟筛选命中的13个化合物中,化合物MMG-11表现出最好的抑制活性,并且其与靶标TLR2的作用模式和已知抑制剂的相同。本研究中药效团筛选是较强大的筛选方法,帮助我们发现结构新颖的化合物MMG-11,生测结果也表明该化合物能选择性抑制hTLR2,并且无细胞毒性,是潜在的靶向TLR2的先导化合物。


使用模块:OMEGA、ROCS


参考文献:

1. Grabowski M , Murgueitio M S , Bermudez M , et al. Identification of a pyrrogallol derivative as a potent and selective human TLR2 antagonist by structure-based virtual screening.[J]. Biochemical Pharmacology, 2018.


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