非洲迷幻植物启发抗抑郁和抗成瘾候选药物的设计

一种名为伊博加因的传统非洲迷幻植物药物的药理学导致了两种新候选药物的开发，用于潜在治疗成瘾和抑郁症。来自加州大学旧金山分校(UCSF)、耶鲁大学和杜克大学的科学家从伊博加因对血清素转运蛋白(SERT)的影响(SERT也是氟西汀等SSRI抗抑郁药的目标)中汲取灵感，实际上筛选了2亿个分子结构，以发现那些以与伊博加因相同的方式阻断SERT的药物。他们新报告的研究表明，在非常低的剂量下，这两种新的先导化合物可以减轻小鼠体内这两种疾病的症状。

“有些人坚信伊博加因可以治疗毒瘾，但这并不是一种很好的药物。它有严重的副作用，并且未获批准在美国使用，”加州大学旧金山分校药学院教授BrianShoichet博士说。“我们的化合物仅模仿伊博加因的众多药理作用之一，并且仍然复制其对行为最理想的影响，至少在小鼠中是这样。”Shoichet是该团队在《细胞》杂志上发表论文的共同高级作者，论文题为“基于结构的血清素转运蛋白构象选择性抑制剂的发现””。作者在报告中指出，“在小鼠行为测定中，这两种化合物都具有抗焦虑和抗抑郁样活性，其效力比氟西汀(Prozac)强200倍，并且其中一种化合物可显着逆转吗啡戒断效应。”

作者指出，血清素转运蛋白(SERT、SLC6A4)是抗抑郁药和精神兴奋剂等药物的靶标，针对SERT的选择性竞争性抑制剂广泛用于治疗临床抑郁症。例子包括氟西汀、西酞普兰和帕罗西汀。可卡因是一种选择性较低的SERT竞争性抑制剂，它还能阻断密切相关的去甲肾上腺素和多巴胺转运蛋白(NET和DAT)。“此外，伊博加因及其代谢物降伊博加因是非竞争性抑制SERT和DAT的生物碱，但选择性要低得多，对许多受体和通道具有亲和力，”该团队继续说道。

伊博加因存在于伊博加植物的根部，该植物原产于中非，在萨满教仪式中已使用了数千年。在19世纪和20世纪，欧洲和美国的医生尝试用它来治疗各种疾病，但这种药物从未获得广泛接受，并最终在许多国家被定为非法。

Shoichet解释说，部分问题在于伊博加因会干扰人类生物学的许多方面。“伊博加因与hERG结合，可能导致心律失常，从科学的角度来看，它是一种‘肮脏’药物，与SERT之外的许多靶点结合，”Shoichet说。

该团队继续说道，SERT采用三种构象：外向开放、闭塞和内向开放。除伊博加因外，所有已知的抑制剂都以向外开放状态为目标。与其他SERT抑制剂不同，伊博加因具有不同寻常的抗抑郁和物质戒断作用，并稳定SERT的内向开放构象。然而，研究人员继续说道，“伊博加因的混杂性和心脏毒性限制了对内向开放态配体的理解。“在这个实验之前，我们甚至不知道伊博加因的好处是否来自于它与SERT的结合，”Shoichet指出。

他们的研究发表在《细胞》杂志上之后，研究人员使用Shoichet的计算对接方法来识别与SERT向内开放状态相互作用的小分子。对接涉及系统地测试与蛋白质结合的虚拟化学结构，使科学家能够识别新的药物先导物，而无需在实验室中合成它们。研究人员解释说：“我们使用SERT的冷冻电镜结构与伊博加因以向内开放的构象7(PDB:6DZZ)复合，通过计算对接了包含超过2亿个按需制造分子的库。”“通过与SERT的对接，一系列不同的高级化合物被优先用于合成和生化测试，这些化合物在物理上补充了SERT的内向开放状态，并且在拓扑上与先前已知的抑制剂无关。为证明这些化合物在现实世界中的潜在效用而进行的集体研究涉及来自Shoichet、AllanBasbaum博士和AashishManglik医学博士、哲学博士(加州大学旧金山分校)实验室的数十名科学家;加里·鲁德尼克(GaryRudnick)博士(耶鲁大学);和BillWetsel博士(杜克大学)。

Shoichet曾利用大脑受体对接来识别治疗抑郁症和疼痛的药物，在耶鲁大学SERT专家Rudnick在他的实验室度过休假后，他对SERT和伊博加因产生了兴趣。Singh于2018年接手了该项目，希望将围绕ibogaine的热议转化为对SERT的更好理解。

对于Shoichet实验室来说，这是首次针对转运蛋白(一种将分子移入和移出细​​胞的蛋白质)而不是受体进行的对接实验。一轮对接将虚拟库从2亿个分子减少到只有49个分子，其中36个分子可以合成。Rudnick的实验室对它们进行了测试，发现13种可以抑制SERT。

随后，该团队举办了虚拟现实引导的“对接会”，帮助辛格优先考虑五个分子进行优化。Basbaum和Wetsel的团队共享了两种最有效的SERT抑制剂，对成瘾、抑郁和焦虑的动物模型进行了严格测试。“突然之间，它们突然爆发了——那时这些药物看起来甚至比帕罗西汀[Paxil]更有效，”Shoichet说。研究小组写道：“这些化合物对SERT也具有选择性，对众所周知的脱靶如NET、DAT和血清素GPCR几乎没有有意义的活性，与伊博加因的广泛混杂性形成鲜明对比。”“所有这些化合物都代表了新的化学型，在拓扑上与IUPHAR或ChEMBL数据库中已知的SERT抑制剂无关。”

冷冻电子显微镜(cryo-EM)专家Manglik证实，这两种药物中的一种被称为“8090”，在原子水平上适合SERT，其方式与Singh和Shoichet的计算预测非常相似。这些药物抑制SERT的方式与伊博加因类似，但与迷幻药不同的是，它们的作用是有效的和选择性的，对数百种其他受体和转运蛋白没有溢出影响。作者指出，“在小鼠行为测定中，这两种化合物都具有抗焦虑和抗抑郁样活性，其效力比氟西汀(Prozac)强200倍，并且其中一种化合物可以显着逆转吗啡戒断效应。”

“这确实是科学研究应该进行的方式，”巴斯鲍姆说。“我们召集了一群在不同领域具有专业知识的团队，并想出了一些可能真正有所作为的东西……凭借这种效力，我们希望有一个更好的治疗窗口，而且没有副作用。将剂量降低近200倍可能会给患者带来很大的改变。正如作者所指出的，“正如针对其他灵活靶标所观察到的，新的化学型赋予了新的体外活性，这可能有助于新SERT抑制剂在抑郁样反应的动物模型中发挥异常高的功效……新SERT的选择性抑制剂与脱靶(如NET、DAT和血清素GPCR)以及特定SERT构象状态的比较，可能使它们成为探测转运蛋白功能和治疗翻译的工具分子。”

该研究的共同第一作者IshaSingh博士说：“这类项目首先要想象什么样的分子适合蛋白质，对接库，优化，然后依靠团队来展示分子的工作原理。”这篇论文是在Shoichet实验室作为博士后完成这项工作的。“现在我们知道针对SERT的治疗潜力还有很多尚未开发的潜力。”

Shoichet已将这两种新分子的结构提交给SigmaAldrich，旨在使它们可供其他科学家进一步测试，同时他将继续寻找更精确的分子。“......我们正在通过Millipore-Sigma探针集合公开提供它们，”研究人员在他们的论文中指出。由于数百万患者继续患有抑郁症或成瘾症，因此需要新的前瞻性疗法。

标签：