非甾体抗炎药（NSAIDs）是全球使用最广泛的治疗药物之一，用于治疗与类风湿性关节炎和骨关节炎等疾病相关的疼痛、炎症和发热（Sobhani等人，2023年）。这些药物的主要作用机制是抑制环氧化酶（COX）酶，该酶催化花生四烯酸向促炎前列腺素和血栓烷的转化过程（Cui和Jia，2021年）。
COX-1与COX-2的生物学差异：COX酶家族存在两种不同的异构体，具有不同的生理功能：COX-1在大多数组织中持续表达，具有“维护”作用，尤其是维持胃黏膜完整性和调节血小板聚集；而COX-2是一种诱导型异构体，在炎症部位受到细胞因子和有丝分裂原的刺激后迅速上调（Vila，2004年；Basu等人，2013年）。传统的NSAIDs（如布洛芬和吲哚美辛）是非选择性抑制剂，会无差别地抑制这两种异构体。虽然它们能有效减轻炎症，但对COX-1的抑制会导致严重的胃肠道毒性，从消化不良到危及生命的胃溃疡和出血（Akarca，2005年；Berger，2001年）。
选择性抑制与优先选择性抑制：为了解决临床局限性，制药行业开发了选择性COX-2抑制剂（coxibs）和优先选择性抑制剂，旨在靶向炎症相关的异构体，同时不干扰COX-1的生理功能（G Perrone等人，2010年；Agrwal等人，2022a）。这种选择性的结构基础在于活性位点内的微妙但关键差异。尽管两种酶的催化通道具有高度序列同源性，但在COX-1中523位点的异亮氨酸被较小的缬氨酸取代后，COX-2的构象发生了显著变化（Rouzer和Marnett，2020年；Zarghi和Arfaei，2011年）。这种取代在COX-2中打开了一个额外的疏水侧口袋，而在COX-1中由于空间阻碍而无法进入。选择性抑制剂（如塞来昔布和依托考昔布）通过化学工程手段引入了刚性的大分子结构（通常是磺酰胺或甲基砜基团），这些结构可以插入侧口袋，从而将其与COX-1隔离开来（Rouzer和Marnett，2020年）。另一类优先选择性抑制剂（包括美洛昔康和依托度酸）对COX-2的亲和力高于COX-1，但依赖不同的作用机制，通常仍保留与两种异构体相互作用的灵活性（Papich，2024年；Shamsudin等人，2018年）。
尽管选择性抑制剂在胃肠道方面的安全性较高，但它们在心血管安全方面仍受到关注，这突显了需要深入理解其物理化学性质、代谢途径和结合热力学的必要性（Masimirembwa等人，2003年）。近年来，计算机辅助药物设计技术的发展利用复杂的对接和动态方法不断探索COX酶的结构特征。尽管临床数据丰富，但仍需要通过原子水平上的比较结构研究来区分真正的高选择性抑制剂和优先选择性抑制剂（Agrwal等人，2022b）。
本研究评估了四种具有临床意义的COX-2抑制剂：选择性COX-2抑制剂（塞来昔布、依托考昔布）和优先选择性抑制剂（美洛昔康、依托度酸）（图1），以比较刚性杂环化合物与柔性酸性衍生物的结合特性。主要目的是阐明区分高选择性与优先选择性抑制的原子级结构和热力学决定因素。为此，我们整合了以下方法：分子对接用于评估构象的可行性和异构体特异性空间排斥；分子动力学（MD）用于表征时间依赖的稳定性和构象可塑性；ADMET分析用于药代动力学研究；MM-GBSA用于相对热力学能量计算。次要目标包括通过扭转分布分析量化支架的刚性，并建立结构与毒性的关联，以将配体动力学与预测的安全边际联系起来。这种多尺度工作流程的独特贡献在于将配体形状变化与脱靶风险相关联，为更安全的抗炎药物的合理设计提供了前所未有的机制见解。
