引言
腫瘤發生與免疫逃逸密切相關，免疫治療已成為重要的腫瘤治療方法之一。吲哚胺2,3-雙加氧酶1 (indoleamine 2,3-dioxygenase 1，IDO1）是介導腫瘤免疫逃逸的代謝酶。阻斷IDO1通路有望改善傳統療法的抗腫瘤效果，目前已有許多IDO1小分子抑制劑的報道，尤其是Incyte公司和New Link公司的藥物研發團隊研發出的IDO1抑制劑在Ⅰ期、Ⅱ期臨床試驗中取得了一定的療效，但尚未有FDA批準的IDO1小分子抑制劑。
先睹為快
靶點
IDO1：吲哚胺2,3-雙加氧酶1（PDB ID：2D0T）
數據庫
ZINC15數據庫（820萬個小分子）
計算方法
分子對接
SAR
分子動力學模擬
計算軟件
QUACPAC、OMEGA2、Chemgauss4、Schr?dinger LLC、PyMOL
計算流程
作者基于分子對接的方法對ZINC15數據庫中820萬個小分子進行了篩選，從eMolecules購買其中打分較高，結合模式合理的50個分子，實驗測試發現7個活性分子，其中化合物10具有最好的IDO3抑制活性，其IC50值為16 nM。作者以化合物10的結構出發，在SAR研究結果的指導下發現了一類新的有效的苯并咪唑衍生物類IDO1抑制劑，與已知的IDO1抑制劑相比，它在化學結構、活性部位的位置、合成的可行性和特異性等方面都表現出了獨特的特征。
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基于結構的虛擬篩選
作者通過分子對接方法對ZINC15數據庫中820萬個小分子進行了虛擬篩選，使用預測的結合能對結果進行排序，并去除重復項。排名最靠前的500個分子通過肉眼觀察和評估它們在IDO1活性位點的結合模式。選擇了50個化合物進行了生物活性測試，其中7個活性最好的化合物的IC50值在4.4 μM 到0.0016 μM之間，這7個化合物具有不同的結構類型，最有效的化合物為苯并咪唑衍生物-化合物10。
圖片來源JMC
在該研究團隊之前的研究中發現大多數IDO1抑制劑的特征是利用與血紅素鐵的配位以及與口袋A和口袋B的結合模式，口袋A是位于鐵-血紅素的第六配位位點上方的一個大的親脂性口袋，口袋B是位于結合位點入口的親脂區，而苯并咪唑衍生物類小分子與IDO1具有特殊的結合模式。分子對接揭示了化合物10與IDO1的可能結合模式：苯并咪唑基團容納在口袋A(Tyr126，Cys129，Val130，Phe163和Phe164)中，其氮與血紅素基團的鐵配位。與其他報道的抑制劑相比，由于苯環位于口袋B的附近，口袋B(Phe226、Arg231和Ser235)沒有被充分利用。羰基與Ser235建立氫鍵。血紅素基團的羧基、酰胺和吡咯NH部分之間形成兩個額外的氫鍵。長的側鏈從活性中心區域暴露向口袋C突出，溴可能與Lys238的羰基形成鹵素鍵。?
圖1.化合物10的結構和對接姿勢
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SAR研究
作者從化合物10的骨架及其可能的結合模式出發，進行了SAR研究，目的是通過對化合物10進行化學修飾和對所獲得的類似物進行生物學評價來驗證預測的相互作用。合成的一系列類似物作為IDO1抑制劑在基于細胞的實驗中被測試，結果證實苯并咪唑環的存在對于與活性位點上的血紅素基團的配位至關重要，仲酰胺的-NH-參與了IDO1活性中心內關鍵氫鍵的形成，溴的存在有助于結合。作者基于各化合物與蛋白質的結合能、對接分數排序，并結合藥物ADME等藥理性質，最終選擇化合物10、23和35做進一步研究。?
圖2.化合物10的SAR研究
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分子動力學模擬
作者對化合物10、23和35的對接結果在300K下運行了100ns的分子動力學模擬。在MD模擬中，化合物10的苯并咪唑部分穩定在口袋A中，其能夠在大部分時間內與Phe163和Tyr126的氨基酸殘基以及與血紅素基團相互作用，此行為與對接結果一致。另一方面，與Ser235只在模擬時間的50%發生氫鍵相互作用?；衔?0的吡咯基團與口袋C中的氨基酸發生的相互作用在模擬時間中最多存在10%。在分子動力學過程中，hIDO1的構象發生了變化，在這種松弛/動態的情況下，吡咯基團可以與Arg231發生陽離子-π相互作用?；衔?3在MD過程中采取兩種不同的結合模式，一種在口袋C內，另一種在口袋B附近。類似地，化合物35存在兩種不同的結合模式：一半的時間中保持與口袋C的相互作用，而在另一半時間中，含腈基團的芳香環位于Phe227附近。
圖3.化合物10的分子動力學模擬分析
圖片來源JMC
參考文獻
Serafini Marta., Torre Enza., et.al (2020). in Vivo Discovery of Highly Potent Benzimidazole Derivatives as Indoleamine 2,3-Dioxygenase-1 (IDO1) Inhibitors: From Structure-Based Virtual Screening to Pharmacodynamic Activity. J. Med. Chem., DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b01809