通过比较两种疾病的一些临床表现和治疗方法，发现两种疾病在寻找治疗途径时都会使用到计算机辅助药物设计方法来发现小分子药物。该方法在药物发现中扮演着重要角色。本次案例分享就给大家介绍一个发现新型阿尔兹海默症药物的途径。研究主要是使用计算机辅助药物设计方法-虚拟筛选，发现了一个潜在的高效抑制剂，有望为阿尔兹海默症的治疗提供有效的指导。
1. 背景介绍
阿尔茨海默症（Alzheimer disease），简称AD，是与老龄化有关的、以大脑神经细胞广泛死亡为特点的疾病，其结果是大脑神经细胞逐渐丧失，最终造成记忆力、判断决策力、方位感、注意力和语言能力的损伤。由于老年痴呆症是与年龄密切相关的疾病，在65岁的人群中约有10%的人患病，而在85岁人群中则约有50%的人患病。随着世界人口老龄化的日益加速，老年痴呆症已成为全球性的重大公共健康问题。
目前治疗阿尔兹海默症的方法是通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）来改善胆碱的神经传递。阿尔兹海默症会引起神经元周围β-淀粉样蛋白的累积，而AChE也会诱导β-淀粉样蛋白（Ab）聚集。因此发现一些乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂可以有效治疗阿尔兹海默病。
2. 实验过程
图1 筛选流程
研究选择已知抑制剂donepezil作为提问结构，对ZINC数据库中约37万个化合物进行了形状相似性筛选（ROCS）、静电相似性筛选（EON）、对接筛选，以及ADME/T性质预测筛选，最后命中8个满足筛选流程的化合物。命中化合物的生物活性测定实验证明，有3个化合物表现出了较好的抑制活性。
3. 实验结果
3.1 筛选结果
研究使用已知抑制剂donepezil作为提问结构进行一系列筛选。首先使用donepezil产生的ROCS模型筛选ZINC数据库，选择形状和化学特征（ComboScore值）在1.077～1.409的2000个化合物。接着进行静电相似性（EON）筛选，选择静电相似性（ET_combo值）在0.825～1.653的1000个化合物。研究将这1000个命中化合物继续进行对接，分析与AChE蛋白（PDB_ID：4EY7）关键氨基酸的相互作用，得到50个相互作用较好的化合物。
研究基于donepezil的ADME性质：分子量（MW）：379.49、极性表面积（PSA）：47.61、脂水分配系数（log P）：4.29 、血脑屏障穿透性（log BB）：0.07，对结合相互作用较好的50个化合物进行了ADME性质预测，得到8个符合筛选条件的化合物。同时对8个化合物进行了毒性大小的预测，发现某些化合物的结构片段表现出毒性性质，如芳基磺酰基团、苯酚基团等。有研究表明结构片段表现出毒性，不一定化合物就能引起毒性作用。因此研究继续对命中的化合物进行了实验验证。
图2 提问结构模型（ROCS和EON）
3.2 抑制AChE活性实验
为了确定命中化合物对阿尔兹海默症靶标AChE的抑制效果，研究进行了酶活性测定，结果如表1所示。从IC50值可以看出命中化合物中均表现出对AChE显着抑制作用，抑制活性在微摩尔水平。所有化合物对AChE抑制率为68％~77％，抑制活性良好的为化合物6。对接结果分析，发现化合物6与AChE也表现出较强的相互作用，与Trp286形成π-π堆积和Phe295形成氢键相互作用（图2）。
表1 命中化合物的酶活性测定结果
图3 化合物6的对接结果
3.3抑制Ab聚集实验
研究使用ThT方法，在缺少AChE酶的条件下，测定了命中化合物对Ab聚集的抑制活性。当化合物与淀粉样蛋白原纤维作用时，ThT会释放出特征性荧光光谱。与化合物结合的原纤维越多，荧光强度就越强。 实验结果表明，所有命中化合物都能有效抑制Ab聚集（p <0.05），抑制活性为35.4％~64.6％。其中化合物6对Ab聚集的抑制活性最好，是有效的候选先导物。
4. 结论
本研究使用一系列筛选方法：形状相似性、静电相似性、分子对接和ADME/T预测，来快速发现高效的新型AChE抑制剂。命中化合物能与靶酶AChE活性口袋中的关键氨基酸形成较强的相互作用。进一步的生物活性测定实验结果表明化合物6在体外表现出较好的抑制率，并且能有效抑制Ab聚集。因此，化合物6可以作为潜在的抗阿尔茨海默病药物进行研究。希望通过本研究发现新颖和高效的抗阿尔茨海默病药物，为该病的治疗提供有效的指导。
使用模板：ROCS、EON
参考文献
1. Almeida J R D , Figueiro M , Almeida W P , et al. Discovery of novel dual acetylcholinesterase inhibitors with antifibrillogenic activity related to Alzheimer's disease[J]. Future medicinal chemistry, 2018, 10(9).
