通过基于结构的虚拟筛选方法鉴定一种甲酰肽受体1的抑制剂

《Biochemical Pharmacology》：Identification of a formyl peptide receptor 1 inhibitor through structure-based virtual screening

中性粒细胞过度活化引发自身免疫及炎症疾病，FPR1作为关键调控受体，靶向抑制具有治疗潜力。本研究通过基于结构的虚拟筛选，从NCI化合物库中鉴定出候选化合物333728，经结构优化后获得668429，其IC50达0.52 μM，且对FPR1具有高度选择性，抑制活性涵盖呼吸爆发、脱颗粒及整合素表达，同时阻断下游钙动员、MAPK激活和AKT磷酸化信号通路，为开发靶向炎症性疾病的小分子药物提供新方向。

　　

王毅轩|林东尼|陈宇成|徐凯成|黄宗龙

台湾桃园长庚大学医学院天然产物研究生研究所与生物医学科学研究生研究所

摘要

中性粒细胞在炎症的启动过程中起着核心作用。功能失调的中性粒细胞会产生过多的炎症介质，从而促进自身免疫性疾病和炎症性疾病的进展。甲酰肽受体1（FPR1）是一种G蛋白偶联受体，在调节中性粒细胞活化方面起着关键作用，是治疗干预的有希望的目标。在这项研究中，我们利用基于结构的虚拟筛选方法来识别潜在的FPR1抑制剂。最初我们发现化合物333728具有显著的FPR1抑制作用。对其类似物的进一步评估最终确定了化合物668429，该化合物在我们的实验条件下表现出最强的拮抗活性，IC50值为0.52 μM。结构-活性关系分析揭示了负责FPR1抑制活性的关键功能基团和相互作用。此外，化合物668429对FPR1具有选择性，而对FPR2则没有这种选择性。体外实验证实，668429能有效抑制FPR1介导的中性粒细胞功能，包括活性氧的产生、脱颗粒以及整合素的表达。此外，668429还能抑制涉及钙动员、MAPK激活和AKT磷酸化的下游FPR1信号通路。这些结果表明，化合物668429是一种选择性的FPR1抑制剂，为开发针对中性粒细胞驱动的炎症性疾病的治疗药物提供了有希望的起点。

引言

中性粒细胞是首先响应炎症的免疫细胞，它们会在病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）的作用下迁移到损伤部位[1,2]。中性粒细胞的活化对宿主防御至关重要；然而，过度或功能失调的活化可能会导致自身免疫性疾病和炎症性疾病的进展，例如急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、银屑病、肝损伤和糖尿病[3][4][5]。因此，抑制中性粒细胞的活化是治疗这些炎症性疾病的有效策略。

甲酰肽受体1（FPR1）是一种七次跨膜G蛋白偶联受体（GPCR），能被N-甲酰肽激活，在调节中性粒细胞活化中起着关键作用[6]。N-甲酰肽既可以作为PAMPs，也可以作为DAMPs，具体取决于其来源，分别代表感染或组织损伤的信号。细菌产生的N-甲酰肽（如广泛研究的N-甲酰-甲硫氨酸-苯丙氨酸（fMLF）是最早被发现的FPR1配体之一[7]。fMLF与FPR1结合会强烈诱导中性粒细胞的趋化性和活化，导致中性粒细胞在感染部位聚集[1,8]。在无菌组织损伤或创伤的情况下，线粒体会释放N-甲酰肽。这些肽在结构上与细菌PAMPs相似，也能激活FPR1，从而引发由该受体介导的免疫反应[7]。FPR1与其内源性配体之间的相互作用在多种无菌性炎症疾病中起着重要作用，包括全身性炎症反应综合征[2]。在脓毒性休克患者、ARDS患者的支气管肺泡灌洗液和血清中都检测到了线粒体N-甲酰肽[9,10]。值得注意的是，阻断或抑制FPR1可以减轻无菌性肺炎症和肺纤维化，这突显了其作为治疗目标的潜力[5,10,11]。目前，尚无临床批准的FPR1拮抗剂。

抑制FPR1和FPR2可能会产生不可预测的生理效应，因为这两种受体在不同的生理条件下可能具有不同的作用。这种抑制还可能干扰炎症的消退过程，因为FPR2具有高度依赖于环境和配体的活性，既能促进抗炎反应，也能促进炎症消退[12]。一些常用的拮抗剂（如Boc-1、Boc-2和环孢素H）不具有选择性，会同时抑制FPR1和FPR2[13]。这种选择性的缺乏是由于这两种受体在结构上的高度相似性[14]。因此，小分子往往在这两种受体上都保持活性，这使得药理学解释变得复杂，并增加了脱靶效应的风险[15][16][17]。因此，开发选择性的FPR1抑制剂对于确保治疗精度和减少药理学上的不确定性至关重要[17]。

高通量筛选（HTS）是药物发现中的关键方法，通过这种方法可以测试大量化合物以寻找潜在的候选分子。然而，整体的命中率通常在0.01%到0.5%之间[18]，这使得这一过程成本高昂且耗时较长。相比之下，基于结构的虚拟筛选（SBVS）利用分子对接技术来识别潜在抑制剂，随后选择最有前景的候选分子进行实验验证。这种方法通常能获得更高的命中率，同时节省时间和成本[19,20]。在这项研究中，我们进行了SBVS以识别新的FPR1抑制剂，并对所识别的化合物进行了实验验证和详细表征。整个工作流程如图1所示，整合了计算机模拟筛选方法与后续的体外实验，以确认FPR1的抑制活性。首先，基于共结晶的FPR1配体确定了关键相互作用，包括其在结合位点形成的氢键和疏水接触。然后，将美国国家癌症研究所（NCI）库中的化合物对接到FPR1的结合位点。根据对接得分和关键相互作用，筛选出潜在的抑制剂，并通过体外实验进行验证。此外，还测试了所识别化合物的类似物，其中效力最强的化合物进一步评估了其对中性粒细胞活化的作用，包括呼吸爆发、脱颗粒和整合素表达。同时研究了该化合物对FPR1下游信号通路的影响。总之，这项研究发现了一种新的抑制剂，为开发针对中性粒细胞驱动的炎症性疾病的强效FPR1靶向治疗药物提供了有希望的起点。

化合物制备

化合物库（约280,000种化合物）来自NCI（http://dtp.nci.nih.gov/）。化合物库的制备使用了Biovia Pipeline Pilot软件[21]。首先对化合物库进行了类似药物的预筛选，以排除可能干扰高通量筛选结果的化合物（PAINS）[22]。如果化合物违反PAINS规则，则将其剔除[22]。剩余的化合物随后被进一步处理。

潜在FPR1抑制剂的识别

我们首先从共结晶的配体中识别出关键相互作用，包括共结晶配体与结合位点残基之间的氢键和疏水相互作用（图2）。这些关键相互作用用于重新排序对接的化合物，优先选择那些与共结晶配体的相互作用特征最匹配的化合物。基于这一策略，选择了15种排名最高的化合物进行实验验证（表1）。

讨论

中性粒细胞的活化和募集是驱动急性炎症和自身免疫性疾病的关键过程，这凸显了寻找治疗靶点的迫切需求。在中性粒细胞表达的各种模式识别受体中，FPR1通过介导中性粒细胞对PAMPs和DAMPs的反应而发挥着特别重要的作用。为了识别能够调节FPR1介导的中性粒细胞功能的新拮抗剂，我们进行了基于结构的...

CRediT作者贡献声明

王毅轩：撰写初稿、进行研究、进行数据分析、构建概念框架。林东尼：进行研究、进行数据分析、进行数据管理。陈宇成：进行研究、进行数据分析、进行数据管理。徐凯成：撰写文章、进行编辑和可视化处理、提供监督、构建概念框架。黄宗龙：撰写文章、进行编辑和可视化处理、提供监督、争取资金支持、构建概念框架。

资助

本研究得到了长庚纪念医院（CMRPF3Q0011）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。