基于靶向梅毒螺旋体磷酸甘油酸激酶的神经梅毒药物计算设计：增强结合亲和力与降低毒性

《Scientific Reports》：Computational drug design for neurosyphilis disease by targeting Phosphoglycerate Kinase in Treponema pallidum with enhanced binding affinity and reduced toxicity

为解决神经梅毒治疗难题，研究人员开展以梅毒螺旋体（Treponema pallidum）磷酸甘油酸激酶（PGK）为靶点的药物设计研究。结果显示，设计的配体结合亲和力达 - 116.68 kcal/mol，毒性低。这为神经梅毒治疗提供了新方向。

　　在医学领域，神经梅毒一直是个棘手的难题。它由梅毒螺旋体（Treponema pallidum）感染引起，是梅毒严重的神经系统并发症。梅毒螺旋体在感染初期就能迅速扩散至全身，不少患者的中枢神经系统（CNS）会被累及，进而出现从无症状到严重神经损伤等多样症状，如脑膜炎、痴呆等。2012 年全球有 1800 万梅毒病例，其中 35 万例导致不良妊娠结局，而且梅毒的发病率还在上升，尤其是在高危人群中。

目前神经梅毒治疗面临诸多困境。在抗生素出现前，治疗手段效果不佳。青霉素广泛应用后，梅毒发病率虽有下降，但对神经梅毒的治疗仍存在问题，像腰椎穿刺检查、脑脊液（CSF）结果分析、治疗标准制定和监测策略等都不明确，而且抗生素耐药问题也日益严重。因此，寻找更有效的神经梅毒治疗药物迫在眉睫。

来自巴基斯坦旁遮普中央大学、希腊约阿尼纳大学等多个研究机构的研究人员开展了一项针对神经梅毒的研究。他们以梅毒螺旋体的磷酸甘油酸激酶（PGK）为靶点，运用计算药物设计方法，设计出一种包含常见神经保护元素的配体，期望能提高配体与 PGK 的结合能并降低毒性。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：从 alpha fold 数据库获取 PGK 的 3D 结构，并通过 Robetta 和 I-TASSER 服务器预测验证；利用 PROCHECK 和 ERRAT 服务器进行结构验证；借助 Prank Web 服务器预测结合口袋，用 BIOVIA Discovery Studio Visualizer 验证；使用 Marvin Sketch 设计配体，通过 PyRx 和 Hdock 服务器进行分子对接分析；运用 SwissADME 和 Protox II 服务器分别进行 ADMET 分析和毒性评估；利用 Gaussian 软件进行 DFT 分析；采用 AMBER 力场进行 MD 模拟。

下面来看具体的研究结果：

• 结构检索与验证：从 I-TASSER、Robetta 和 AlphaFold 获取 3D 结构后，经比较，AlphaFold 预测的结构（ID：B2S3D0）因 RC 值（93.8%）和 ERRAT 得分（97.27%）优秀被选用。Ramachandran 图显示该结构 93.8% 的残基在最有利区域，进一步证实其可靠性。
• 结合位点预测与验证：Prank Web 服务器预测 PGK 的结合口袋含 45 个残基，结合得分 49.98，DSV 验证了其准确性。系统发育树分析表明 PGK 结合位点在多个梅毒螺旋体物种中保守，增强了预测结合位点的可靠性。
• 配体设计与分析：利用 MarvinSketch 设计的配体 1,1′-bi (cyclohexane)，含有锌元素、多个羟基等，能增强稳定性和结合能力。分子对接分析显示，该配体与 PGK 的结合能为 - 116.68 kcal/mol，高于青霉素的 - 112.80 kcal/mol，表明其亲和力更强。
• 药代动力学和毒性评估：SwissADME 分析显示，1,1′-bi (cyclohexane) 溶解性好，符合 Lipinski 规则，胃肠道吸收好，能穿过生物膜；Protox ii 预测其毒性为中性，而青霉素有呼吸毒性。
• 相互作用分析：PLIP 服务器分析表明，1,1′-bi (cyclohexane) 与 PGK 形成 5 个疏水键和 3 个氢键，其中锌与 PGK 主链形成三角锥金属络合物，增强了结合亲和力。
• DFT 分析：DFT 优化后，1,1′-bi (cyclohexane) 达到稳定状态，HOMO/LUMO 能隙为 0.01421 kcal/mol，能隙小表明反应性高、电子相互作用增强。
• MD 模拟：对 PGK 蛋白和蛋白 - 配体复合物进行 MD 模拟，结果显示系统稳定，配体未从结合口袋逃逸。RMSD、RMSF 等分析表明，蛋白结构在模拟过程中保持相对稳定且有一定柔性。MM/GBSA 计算表明，含 TIP3P 水的 MM/GBSA 能维持负的总结合能，支持配体结合稳定。

研究结论表明，本研究成功设计出针对神经梅毒的靶向 PGK 的配体，其结合亲和力强、毒性低，为神经梅毒治疗提供了新的潜在药物。这一成果意义重大，为治疗复杂传染病开辟了新途径，也凸显了创新药物设计方法在攻克疑难病症方面的重要性。不过，计算药物设计存在局限性，未来需通过体外和体内实验进一步验证这些化合物的治疗潜力，推动其在临床的应用，为神经梅毒患者带来新的希望。