药效团指导虚拟筛选增强COVID-19药物再利用

药物再利用——将获批或研究性药物重新分配至新治疗用途——长期是快速治疗发现基石。¹其最著名成功案例，将高血压心绞痛药转化为辉瑞“小蓝片”伟哥，展示其潜在影响。COVID-19爆发后，该策略再获全球关注。

三维蛋白建模提供多种硅内工具用于药物再利用。本系列前文展示分子对接如何识别SARS-CoV-2主要蛋白酶（M^pro)潜在抑制剂。此处我们问药效团建模——配体-蛋白相互作用关键特征的抽象——能否提供可比洞察并增加候选分子选择信心。

药效团建模作为替代方法

药效团模型提炼配体结合蛋白靶点的关键非键合相互作用，提供传统仿真方法的互补视角。我们从钻石光源获得的SARS-CoV-2 M^pro晶体结构集²开始。对齐结构后，用BIOVIA Discovery Studio“相互作用药效团生成”协议从每个蛋白-配体复合物提取药效团特征。特征数从两个（5R80、5R7Y）到九个（6LU7）不等。通过合并简化重叠特征，得出14特征共识药效团，封装蛋白酶与潜在结合体关键分子间接触。

为细化模型，我们在所有复合物活性位点残基上执行硅内丙氨酸扫描突变。八个残基——HIS41、MET49、ASN142、HIS163、MET165、PRO168、GLN189、GLN192——在至少一个复合物中成为热点，三残基（HIS41、MET49、MET165）在四个或更多复合物中为热点。14药效团特征中六个直接映射到这些热点残基相互作用。第二组非共价M^pro配体复合物揭示替代结合模式，提示我们将六关键特征分两组用于后续虚拟筛选。

用此细化药效团，筛选2650个FDA获批药物库，每药物预生成多构象加速搜索。命中定义为匹配两必需组各至少一特征及其余八特征中至少两个。此严格标准确保多样化探索结合模式同时保留经丙氨酸扫描识别的关键残基相互作用。筛选算法探索超12000药效团组合。每个命中在蛋白环境中能量最小化，用CHARMm配合广义玻恩/体积（GBMV）隐式溶剂模型计算结合能——实为受药效团约束的对接计算。

我们聚焦与四关键残基——HIS41、MET49、CYS145、MET165——相互作用的构象，因这些包含催化二元组（HIS41/CYS145）且为多热点残基共有。按计算结合自由能排序得前十候选。Ritonavir在早期对接研究中已高亮，在两分析中均排第七，目前处于多个COVID-19临床试验³。

视频1：Ritonavir最佳评分构象与HIS41、MET49、SER144、CYS145、MET165、GLU166、GLN189相互作用。

该药效团驱动方法首席配体为Montelukact，一种半胱氨酸白三烯受体拮抗剂。近期文献提示其潜在缓解COVID-19进展⁴。

其他高分化合物包括Telmisartan、Moexipril、羟氯喹——均近期因再利用潜力受审视，羟氯喹争议最大⁵。值得注意的是，药效团衍生命中列表展示比仅对接列表更广靶点类别范围，后者以HCV或HIV蛋白酶抑制剂为主。

结果表明将硅内丙氨酸扫描突变整合进药效团建模可细化虚拟筛选，产出多样化优先药物候选集。虽与对接衍生线索重叠适度，但Ritonavir共同识别凸显共识方法价值。结合两法最强候选可指导更聚焦实验验证。

总结，药效团指导虚拟筛选作为对接的强大互补策略，增强候选选择信心、拓展COVID-19治疗探索化学空间。