基于计算生物学方法筛选番荔枝叶天然化合物靶向MLH1蛋白的结肠癌治疗新策略

《Scientific Reports》：Identification and in silico evaluation of natural compounds from Annona muricata (soursop) leaves for colon cancer treatment

本研究针对结肠癌治疗中MLH1基因突变导致的化疗耐药问题，通过GC-MS分析结合分子对接、分子动力学模拟等计算生物学方法，系统筛选番荔枝叶中具有MLH1靶向潜力的天然化合物。研究发现α-生育酚等7种化合物表现出优于5-FU的结合亲和力，ADMET特性良好，为开发新型结肠癌靶向药物提供了重要候选分子。

　　

在全球癌症负担日益加重的背景下，结肠癌作为第三大常见恶性肿瘤，其治疗仍面临化疗耐药和肿瘤异质性等重大挑战。特别值得关注的是，MLH1基因突变导致的DNA错配修复功能缺陷，不仅成为林奇综合征和部分散发性结肠癌的分子标志，更是导致5-氟尿嘧啶(5-FU)等标准化疗药物耐药的关键因素。这一临床困境促使研究人员将目光转向天然产物宝库，寻求能够靶向MLH1通路的新型治疗策略。

传统药用植物番荔枝(Annona muricata)因其富含annonaceous acetogenins等抗癌活性成分而备受关注。已有民族药理学研究显示，约60%的牙买加癌症患者使用番荔枝制剂进行自我治疗，且临床观察发现转移性乳腺癌患者长期使用后疾病稳定期延长。然而，这些天然化合物在结肠癌治疗中的具体分子机制和蛋白靶点仍不明确。

为破解这一科学难题，Md. Yeakub Ali等研究人员在《Scientific Reports》上发表了创新性研究，首次通过整合GC-MS分析和计算生物学方法，系统评估番荔枝叶提取物中天然化合物靶向MLH1蛋白的抗结肠癌潜力。研究团队采用多学科交叉的研究策略，主要包括：GC-MS技术鉴定植物化学成分，Lipinski五规则筛选类药性化合物，分子对接评估结合亲和力，密度泛函理论(DFT)分析电子特性，以及100纳秒分子动力学(MD)模拟验证复合物稳定性。

3.1 GC-MS鉴定植物化学成分

研究人员通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析从番荔枝叶乙醇提取物中鉴定出52种植物化学成分，经过类药性筛选最终获得14个候选化合物。主要成分包括三十三烷(30.23%)、13,17-二甲基-三十三烷(22.44%)和柠檬烯(18.97%)等，这些化合物通过质谱数据和Kovats保留指数进行准确鉴定。

3.2 分子对接与相互作用分析

分子对接结果显示，α-生育酚表现出最高的MLH1结合亲和力(-9.1 kcal/mol)，显著优于标准药物5-FU(-4.9 kcal/mol)。4,6-O-亚苄基-D-半乳糖(-8.0 kcal/mol)等化合物也显示出良好结合能力。对接构象分析揭示了氢键、疏水相互作用等关键分子间作用力。

3.3 类药性与药代动力学特性

所有候选化合物均符合Lipinski五规则，具有良好口服生物利用度预测。α-生育酚分子量为430.71 g/mol，虽存在MLOGP>4.15的单一违规，但生物利用度评分达0.55，显示其具有良好的成药性潜力。

3.4 前沿分子轨道分析

DFT计算表明，化合物C06具有最小的HOMO-LUMO能隙(3.5102706 eV)和最高软度值(0.5697)，预示其较高的化学反应活性。这些电子特性参数为理解化合物与靶蛋白的相互作用机制提供了理论依据。

3.5 ADMET特性评估

药代动力学预测显示，大多数化合物具有高肠道吸收率(>90%)和适宜的血脑屏障透过性。毒性评估表明候选化合物无致突变性和致癌性，具备良好的安全性特征。

3.6 pIC₅₀预测与QSAR模型

建立的定量构效关系(QSAR)模型表现出良好预测性能(R²=0.70，Q²=0.60)，为化合物活性优化提供了可靠的计算工具。

3.7 分子动力学模拟

100纳秒MD模拟显示，α-生育酚-MLH1复合物具有稳定的RMSD(3.114?)、RMSF(1.78?)和回转半径(22.02?)值，结合自由能计算(MM/GBSA:-24.33 kcal/mol)进一步证实了其优越的结合稳定性。

本研究通过系统性计算分析证实，番荔枝叶中的天然化合物特别是α-生育酚，能够与MLH1蛋白形成稳定复合物，其结合特性优于临床常用药物5-FU。这些化合物不仅满足类药性要求，而且具备良好的药代动力学特性和安全性特征。该研究的创新性在于首次从计算生物学角度揭示了番荔枝天然成分靶向MLH1蛋白的分子机制，为开发针对DNA错配修复缺陷型结肠癌的靶向治疗提供了新思路。虽然研究存在依赖计算预测的局限性，但为后续实验验证和药物开发奠定了坚实基础，有望为克服结肠癌化疗耐药提供新的治疗策略。