导致胆汁淤积型肝损伤的胆盐输出泵抑制剂分子的筛选及验证

The incidence of drug-induced intrahepatic cholestasis is very high, which is one of the primary manifestations of drug-induced liver injury (DILI). However, the pathogenesis of DILI is very complicated and not fully understood as yet. Recent researches have shown that inhibition of bile salt export pump （BSEP） function by a drug or its metabolite(s) can result in hepatotoxicity caused by intrahepatic cholestasis, which may be an important mechanism for cholestasis DILI. Therefore, in the early stage of drug development, it is very important to test potent candidates caused cholestasis DILI, i.e. BSEP inhibitors, for drug safty assessment. Although the published relative studies have built tesing platform using membrane vesicles method, it also has high cost and time-consuming. And most of the published relative studies have focused on drugs, but have paid little attention to metabolites and active compounds of herbs. Furthermore, studies that analyze factors inducing cholestasis DILI from moleular structures properties and pharmacophore features have not been reported. Therefore, this project will take 'drugs that are approved and removed from market, metabolites and active compounds of herbs'as research objectives, and adopt the strategy of 'in silico screening → in vitro screening →in vivo validation'. By integrating chemoinformatics methods, molecular biology techniques and annimal in vivo analysis, the main aim is to find out candidates that may cause cholestasis DILI. Analysis molecular structure properties and pharmacophore features effecting hBSEP inhibitory may help to provied the theoretical basis for structure modification to mitigate of BSEP inhibiton in order to reduce the likehood of cholestasis DILI for humans.

药物诱导性胆汁淤积发生率高，是肝损伤最常见的表现形式之一。研究表明胆盐输出泵直接被抑制可能是胆淤型肝损伤发生的重要机制。在药物研发的早期阶段，对可能引起胆淤型肝损伤的物质（即BSEP抑制剂）进行排查，对于药物安全性评价具有重要作用。虽已有研究基于膜囊泡技术建立了检测平台，但其有成本高、费时长等缺点，且关注的多是药物本体，极少关注代谢产物和中草药活性成分，而从分子结构性质和药效团特征方面分析引起胆淤型肝损伤的因素的研究尚未见报道。本课题以"上市和撤市的药物及代谢产物、中草药活性成分"为研究对象，采取"虚拟筛选→体外筛选→体内验证"策略，综合运用化学信息学、分子生物学、动物体内分析等多学科研究手段和工具，以"筛选潜在抑制BSEP的化合物"为桥梁，目的是找出具有导致胆淤型肝损伤倾向的药效物质，并分析影响抑制活性的分子结构性质和药效团特征，为减弱化合物对BSEP的抑制而进行的结构修饰提供理论依据。

对药物/化合物可能具有的肝毒性进行评价是非常重要的，也是世界性的热点研究问题。胆汁淤积是药物性肝损伤（drug-induced liver injury，DILI）中最常见、也是最严重的表现形式之一，虽然其机制尚未完全清楚，但越来越多的研究表明人类胆盐输出泵（bile salt export pump，BSEP）直接被药物及其代谢物所抑制可能是胆淤型DILI发生的重要机制之一。本项目应用虚拟筛选策略中的模式识别方法（随机森林算法）和药效团方法（HipHop算法）分别建立了识别潜在BSEP抑制剂分子的理论预测模型。使用外部检验，RF模型准确率可达到96.4%，HipHop药效团模型的命中率达到86.84%，说明两个模型具有可靠性、稳定性和很好的预测能力。分析分子特征可知疏水性和分子量是影响抑制活性最重要的两个因素，这些信息可以为减弱化合物对BSEP的抑制而进行的结构修饰提供一定的理论依据。然后，课题组将两个模型作为虚拟筛选工具进行了数据库搜索，目的是找出具有导致胆淤型DILI倾向的化合物。为了尽可能的降低筛选结果的假阳性率，课题组综合考虑两个模型的筛选结果，并结合文献报道进行了深入的探讨和分析，发现筛选结果中部分与文献报道相符，说明了本项目所建立的筛选模型是可靠的；对于未见相关报道的化合物分子，项目组选取了部分可购买到的药物分子进行了动物体内实验，分析给药后血清中生化指标的变化，以及血清和肝细胞内胆酸盐的变化，发现胆酸盐在体内发生了蓄积。此外，项目组还考察了肝细胞损伤型、胆汁淤积型和脂肪变性型三种DILI类型的给药大鼠血清中胆酸盐的变化水平，并以此为特征，采用随机森林方法建立了准确区分三种DILI类型的分类模型，说明血清中胆酸盐含量可作为DILI类型诊断的潜在和敏感的生物标志物，且本实验中所建立的识别模型可能为临床诊断治疗提供一定的帮助。总而言之，我们的研究结果可以实现对化合物是否为BSEP抑制剂进行较好地预测，且对其是否具有胆淤型DILI的倾向性进行分析，对药物安全性评价具有非常重要的意义。