虚拟筛选研究案例-CCL18拮抗剂阻断乳腺癌转移

CCL18(chemokine (C-C motif) ligand 18 )是肿瘤相关巨噬细胞在乳腺癌微环境中分泌最多的趋化因子。CCL18通过与其同源受体PITPNM3结合并激活下游信号传导途径来促进乳腺癌增生。血清或肿瘤基质中高水平的CCL18与肿瘤转移和患者的存活率密切相关。然而,到目前为止尚未发现可抑制CCL18的小分子药物。近期,中山大学宋耳卫课题组与李丁课题组发现了新的CCL18抑制剂,发表在Clinical & Experimental Metastasis杂志上,其中的虚拟筛选工作由中大唯信团队负责。

在这项研究中,首先应用虚拟筛选的方法筛选了中山大学的小型化合物库(5000个化合物)。选择CCL18的三维结构4MHE作为受体结构,应用Discovery Studio软件定义了蛋白结构中的活性位点,应用该软件中的Cdocker方法将5000个化合物依次对接至蛋白的活性位点中进行打分评价,获得分子与蛋白之间的Cdocker 能量值,并从打分最高的化合物中基于经验挑选了15个化合物进行体外活性测试。

表1. 15化合物与CCL18的打分情况

随后研究者们针对以上15个化合物进行体外活性研究。CCL18可以浓度依赖性方式促进MDA-MB-231细胞迁移。在确认了化合物对MDA-MB-231细胞的毒性后,研究者进行了抑制CCL18诱导的乳腺癌细胞迁移实验。实验结果发现15个化合物中有6个化合物(SMC-20559、21598、20370、21734、21767和20172)可以抑制CCL18诱导的乳腺癌细胞迁移。

图1. 在对接打分最好的15个筛选化合物中,有6个化合物可抑制CCL18诱导的乳腺癌细胞迁移

随后研究者对SMC-20559、21598、20370、21734、21767和20172六个化合物进行了SPR、荧光光谱和ITC研究,发现SMC‑21598与CCL18的亲和力最高(5.74 uM)。并对SMC‑21598与CCL18的结合模式进行分析。

图2. 通过使用SPR、荧光光谱和ITC测定,发现SMC-21598与CCL18具有最高亲和力

为了进一步验证SMC-21598对CCL18的抑制作用,研究者应用MDAMB-231细胞异种移植模型进行了小鼠体内研究。将1*106个MDAMB-231细胞接种到NOD / SCID小鼠的脂肪垫中,确认建模成功后进行实验。最终发现SMC-21598可以特异性的减少CCL18诱导的NOD / SCID小鼠中异种移植MDA-MB-231细胞的转移。

图3. SMC-21598可以特异性的减少CCL18诱导的NOD / SCID小鼠中异种移植MDA-MB-231细胞的转移

通过合理的药物设计和体外细胞实验,研究者们发现了一种高结合能力的CCL18小拮抗剂。这是虚拟筛选计算方法成功应用的重要案例,其命中率高达40%,为进一步开发靶向CCL18用于癌症治疗的活性分子奠定了基础。

参考文献:

Yujie Liu, Huaqin Zheng, Qian Li, et al. Discovery of CCL18 antagonist blocking breast cancer metastasis. Clinical & Experimental Metastasis (2019) 36:243–255.