AI筛选靶向AMPA抑制小分子治疗多发性硬化症

传统理论认为多发性硬化（MS）是一种自体免疫性疾病，其中活化的T细胞产生的炎症反应引发脱髓鞘和神经系统中的白质病变。现阶段MS治疗侧重于调节免疫系统。复发缓解型MS的急性发作药物治疗，如糖皮质激素和干扰素β 1a和1b，增加了抗炎细胞因子，减少了促炎细胞因子，并降低T细胞活化。相比之下，进展型MS特点是慢性炎症和神经退化，目前缺乏有效的治疗方法。另外，国际上最新的学说显示，MS或是一种神经退行性疾病，其中神经元的死亡释放出髓鞘，从而触发次级的自体免疫反应。因此，神经保护策略可能在脱髓鞘的过程中产生作用。无论哪种假说，神经保护性治疗可能对进行性MS中的神经退行性变有效。因此，将治疗策略定在导致神经元死亡的过程上为开发治疗手段另辟蹊径，特别是对抗谷氨酸兴奋毒性的神经保护是一个可能产生有效疗法的新途径。

近日，来自多伦多大学的刘芳教授课题组在Science Advances发表了题为：Small-molecule targeting AMPA-mediated excitotoxicity has therapeutic effects in mouse models for multiple sclerosis的研究。研究突破了传统理论的观点，突破性地开发了一种小分子化合物，通过靶向一个新的调控AMPA受体介导的兴奋毒性机制发挥作用。采用人工智能虚拟筛选靶向AMPA受体GluA2亚基的小分子。得到的候选药物在恢复神经功能和髓鞘形成方面具有很好的效果，同时减少了MS小鼠模型中的炎症反应，而不影响基础神经传递或学习记忆。这个全新的发现有助于开发一种与当前免疫调节药物截然不同作用机制的MS治疗方法，从而避免了传统谷氨酸受体拮抗剂的副作用。这类化合物可以作为现有疗法的替代或辅助治疗手段，填补了国际上此类药物研发的空白，具有广阔的应用前景和临床开发价值。

该研究是基于该小组先前发现的AMPA受体的GluA2亚基有关的蛋白质相互作用参与调节兴奋毒性细胞死亡，干扰这些相互作用减轻了EAE小鼠中的神经功能缺陷、脱髓鞘和轴突损伤。在本研究中，研究人员使用了人工智能技术来预测小分子与GluA2 AMPA受体亚单位的结合。研究人员之前已经确定了GluA2的N-末端区域中的一个30个氨基酸片段，发现该片段对调控AMPA在兴奋性细胞死亡中的作用至关重要。通过AI药物研发领军公司Atomwise所开发的AtomNet深度神经网络机器学习模型，研究人员对该变构结合位点进行了筛选。该筛选从ZINC目录中的820万分子开始，最终缩减到120万。这些化合物又按照骨架进行算法聚类，从每个聚类中选择示例化合物以确保化合物覆盖的多样性。在筛选出的523,140个分子又根据AtomNet分数进行排名。最后，选择了前50个分子进行进一步的表征。在整个过程中，没有手动挑选任何化合物。接着，研究人员经过一系列体外筛选试验，确定了三种候选小分子——YH668、ZCAN155和ZCAN262。这些化合物显示出良好的体外药效（IC50 < 300 nM）和成药性。

研究进一步评估了这三个化合物对EAE模型中神经功能的影响。，结果显示，从诱导后的第13天开始，一直到第28天，YH668显著改善了临床评分；ZCAN155同样能够以剂量依赖的方式（5mpk 和10mpk）改善EAE临床评分。改善从第15天开始显著。相比于YH668和ZCAN155，ZCAN262则显示出了更强得药效，从第13天开始，在2.5mpk剂量下导致了EAE评分的显著减少，并且随时间推移作用有显著增强。

随后，该研究又使用了cuprizone诱导多发性硬化模型研究ZCAN262的药效。治疗显著影响了模型小鼠在旷场试验中行进距离和速度。比较显示，ZCAN262恢复了在开放场地中的运动活动，与生理盐水处理的小鼠相比，使其恢复到与对照组相当的水平。同样的，治疗显著改善了Rotarod测试中的摔倒时间和摔倒时的旋转速度。ZCAN262恢复了摔倒潜伏时间；使其恢复到与对照组小鼠相当的水平。这表明ZCAN262对该模型中神经功能障碍的改善作用。另外，研究还展示了ZCAN262能够在该模型中完全恢复髓鞘的完整性。对少突胶质细胞增殖和神经炎症也有积极的改善效果。然而，该治疗未改善神经元浸润到胼胝体或轴突完整性。

谷氨酸受体调节剂的临床应用受到谷氨酸受体在兴奋性神经递质中的关键作用的限制。结果显示ZCAN262可以改善神经功能并保护髓鞘、少突胶质细胞和轴突，但如果ZCAN262阻断AMPA受体介导的神经递质传递，这将影响其在临床的应用。因此，研究人员在小鼠海马进行了电生理记录，以研究ZCAN262对基础突触传递和双脉冲易化的影响。试验表明ZCAN262不会干扰基础突触传递。水迷宫试验表明注射ZCAN262的小鼠存在短时突触可塑性的增强，但这些效应并未对认知功能的功能性测量产生负面影响。

尽管已有许多用于治疗复发性多发性硬化（RRMS）的免疫调节药物，但本研究与AI药物研发领军公司Atomwise合作，发现了有效的候选化合物并提出了全新的治疗策略。该化合物可与当前的免疫治疗联合使用，可能产生互补效应，进而增强疗效。同时在疾病不同的进展时期进行治疗可能具有协同效应，可产生比单一疗法更好的结果并且产生更少的副作用。该小分子化合物的另一个潜在应用是治疗进展型MS，此类MS亚型目前尚无有效方法阻止神经退行性变和神经功能缺陷。当然，基于神经保护的治疗策略和候选化合物也可以扩展到如老年痴呆和帕金森病等其他神经系统退行性疾病中。

总的来说，治疗多发性硬化仍然面临挑战，特别是对于进展型MS。数据表明，通过小分子变构调节剂靶向AMPA介导的兴奋毒性可能具有治疗MS的潜力。本研究所提出的解决方案超越免疫调节药物，并创造性地提出了一种全新的治疗策略---专注于保护神经元和髓鞘并且不产生副作用。虽然临床上现有的免疫调节类药物对于控制MS的自身免疫反应有很好的疗效，但这些药物对于神经退行性变和神经损伤几乎束手无策，本研究所提出的全新治疗策略和候选化合物可以很好地弥补这方面的不足，具有广阔的应用前景和临床开发价值。

http://doi.org/10.1126/sciadv.adj6187

制版人：十一