# MOE基于片段的药物设计(一):Scaffold Replacement——如何在保留取代基空间关系的同时替换核心骨架?
在先导化合物优化过程中我们经常会遇到这样一个问题一个分子的两端已经能够与蛋白形成不错的相互作用但中间的核心骨架并不理想。我们希望保留原有的关键取代基同时寻找一个新的核心结构以探索新的化学空间。这就是Scaffold Replacement骨架替换要解决的问题。在 MOE 的 Fragment-Based Drug Design 工作流中Scaffold Replacement 是利用已有蛋白–配体复合物的三维结构寻找能够保持原有取代基空间排布的新骨架。本文以 MOE 教程中的1KV2 蛋白–配体复合物为例介绍 Scaffold Replacement 的基本思路和操作流程。1. Scaffold Replacement 要解决什么问题可以先把一个配体抽象成其中Scaffold分子的核心骨架Fragment从骨架向外延伸的取代基。假设Fragment已经分别占据了两个重要的结合区域并形成了较好的蛋白–配体相互作用。我们现在希望也就是说改变中间核心但尽量不要破坏两边已有的空间排布。这样做可能用于探索不同的分子骨架、改善化合物性质或进一步优化活性。原理补充它与骨架跃迁Scaffold Hopping有什么关系Scaffold Replacement 可以理解为一种典型的Scaffold Hopping骨架跃迁思路。重点是新骨架能否在三维空间中把原来的关键取代基放在相近的位置和方向。因此一个二维结构看起来完全不同的骨架只要能够维持合适的三维几何关系也可能成为有价值的替换方案。2. MOE 是怎么寻找新骨架的Scaffold Replacement 的重要概念是Bond Vector 键矢量删除 scaffold 后保留下来的 R1 和 R2 与原骨架之间会留下两个连接方向。这些连接方向可以粗略理解为MOE 会利用这些bond vectors构建一个三维查询。随后在 fragment/linker database 中寻找有没有fragment其连接点距离、方向和空间排布能够与这些 bond vectors 匹配因此 Scaffold Replacement 的核心是“哪个新骨架能够以合适的三维几何关系重新连接这些保留部分”这也是为什么这种方法必须基于三维结构来理解。3. 为什么开始计算之前要先看原始结合模式骨架替换第一步应该是弄清楚原配体哪些部分值得保留。首先载入$MOE/sample/mol/1kv2.pdb.gz然后依次进行1. QuickPrep2. SiteView3. 查看蛋白–配体相互作用4. 打开 Ligand Interactions5. 查看 Receptor Surface。这些操作的目的是在回答两个问题哪些相互作用已经很好如果某个官能团形成了非常明确的氢键或其他重要相互作用那么后续设计时应该谨慎破坏它。结合口袋还有什么空间Receptor Surface 可以帮助观察配体周围是否存在尚未充分占据的区域以及不同取代基目前处在怎样的空间环境中。在1KV2的例子里可以关注到配体与Glu71和Asp168附近的关键氢键相互作用。这些相互作用后面还会再次出现。4. 第一步准备蛋白–配体复合物打开 1KV2 后使用MOE | RHS | QuickPrep对体系进行准备。QuickPrep 在这里主要服务于后续蛋白–配体结构优化包括结构准备质子化处理部分水分子对不同区域设置 Fixed、Tethered 和 Free atoms为后续 MM minimization 准备体系。对于本文的 Scaffold Replacement 来说不需要逐项修改默认参数按照教程使用默认设置即可。为什么这一步不能省后面的新骨架可能需要在结合口袋中进行结构优化。如果输入结构本身存在不合理的质子化、缺失氢原子或明显几何问题那么后续得到的结果也会受到影响。因此可靠的起始结构是所有 structure-based fragment design 的基础。5. 第二步确认原配体的关键相互作用使用MOE | RHS | Ligand | Ligand Interactions...打开 Ligand Interactions 图。这里区分哪些官能团负责主要相互作用哪部分是准备保留的哪部分属于准备替换的 scaffold。对于 1KV2可以关注到配体与Glu71和Asp168附近的关键氢键相互作用。这一步实际上是在给后面的骨架替换划边界保留部分 —— 准备替换的部分 —— 保留部分6. 第三步打开 Scaffold Replacement进入MOE | Compute | Fragments | Scaffold Replacement...打开Scaffold Replacement面板。这个窗口后面还会反复出现因为 MOE 的多个 Fragment-Based Design 功能都整合在类似的工作框架中。窗口中比较重要的区域包括LigandReceptorOperationLinker DatabaseDescriptor FilterModel FilePharmacophoreOutput DatabaseMinimize generated structuresScoring。本文先使用最基础的 Scaffold Replacement不加入 Pharmacophore Filter。7. 第四步告诉 MOE“我要换哪一部分”打开配体的 2D 显示MOE | Footer | 2D然后用鼠标框选中央 scaffold。选中后如果这个查询定义合理MOE 会用绿色标出待替换 scaffold显示对应的 bond vectors。教程中的查询显示这里最需要理解的是Exit Vectors。Exit Vector 是什么可以把它理解成待删除部分与保留结构之间的“出口方向”。这个例子有两个 Exit Vectors意味着保留结构 A │ ↓ [待替换 Scaffold] ↑ │ 保留结构 B新的 scaffold 必须能够同时连接这两端。因此定义 scaffold 的过程实际上同时定义了MOE 后面搜索新 fragment 时要满足的三维几何条件。8. Linker Database新骨架从哪里来教程使用的是 MOE 默认数据库$MOE/opt/linker.mdb其中包含大量 linker 的三维构象。这里非常容易产生一个误解MOE 是不是现场“生成”了一个全新的 scaffold在这个 Scaffold Replacement 示例中更准确的理解是MOE 根据当前 bond vector query在指定的 linker/fragment database 中搜索能够满足几何条件的候选结构。因此搜索结果会受到 fragment database 本身的影响。如果换成公司内部构建的 fragment/linker database搜索到的化学空间也会随之改变。这一点在之后的教程中还会专门介绍。9. Descriptor Filter 为什么突然变红了教程默认的 Descriptor Filter 中包含Weight500 TPSA[40,140] !reactive运行前点击Check FiltersMOE 会检查当前 ligand 与这些过滤条件是否兼容。教程中的 1KV2 ligand 分子量为Weight 528.68已经超过了Weight 500所以这里出现了警告。教程随后将条件修改为Weight600 TPSA[40,140] !reactive再进行搜索。这个细节很重要。Check Filters 是在提醒当前设置的筛选规则可能会把与你起始配体处于相似大小范围的新设计直接过滤掉。如果起始分子本身已经超过 500而你仍强制要求所有新结构 Weight500那么搜索空间可能会被过度限制。因此 Filter 参数不应该机械照抄。应该先问我现在希望通过这个筛选条件解决什么问题10. 开始 Scaffold Replacement 搜索设置完成后点击SearchMOE 会开始遍历 linker database 中的候选结构。运行过程中可以看到已搜索的 linkers 数量已生成的 unique molecules 数量。最终结果写入scaffrepl.mdb并在 MOE Database Viewer 中打开。到这里发生的事情可以概括成原始配体 ↓ 指定待替换 scaffold ↓ 提取 exit / bond vectors ↓ 搜索 3D linker database ↓ 找到几何匹配的新 scaffold ↓ 重新连接保留的 R-groups ↓ 生成新的 analogs11. 怎么看 Scaffold Replacement 的结果在 Database Viewer 中File | Browse...打开 Database Browser。随后逐个浏览生成的结构并与原始 1KV2 ligand 比较。真正应该看的是① 中央 scaffold 是否真的发生改变这是最基本的问题。② 两端原有取代基的空间方向是否基本保留Scaffold Replacement 的价值就在这里。如果新 scaffold 导致两端 R-groups 完全偏离原来的结合区域那么即使二维结构看起来合理也不是我们想要的结果。③ 有没有明显的蛋白–配体冲突几何上能够连接并不意味着整个新分子在口袋中一定合理。④ 原来的关键相互作用还在不在这是本教程第一次 Scaffold Replacement 最重要的结果。12. 第一次计算暴露了一个关键问题基础 Scaffold Replacement 的确生成了一批具有明显化学多样性的 analogs。而且它们能够替换中央核心同时保持 R-groups 大致相同的相对空间方向。但问题也随之出现部分新结构失去了原配体与 Glu71、Asp168 之间的重要氢键。这揭示了 Scaffold Replacement 一个非常重要的边界满足 bond vector 的几何关系并不等于一定能够保留原来的蛋白–配体相互作用。换句话说几何能够接上 ≠ 关键药效特征一定保留 ≠ 实验活性一定提高这也是为什么教程下一步没有继续盲目增加搜索数量而是引入Pharmacophore Filter用药效团约束告诉 MOE新骨架不仅要接得上还要在关键位置保留指定的氢键受体和氢键供体特征。这会是下一篇文章的核心内容。13. Scaffold Replacement 的完整思路最后把这一篇压缩成一张流程14. 这项功能什么时候比较适合用情况一核心骨架希望发生变化例如已有活性分子但希望探索不同的 central core。情况二两端取代基已经有比较明确的结合模式这时我们希望“两边尽量不动中间换一种连接方式。”情况三希望探索新的化学空间Scaffold Replacement 可以产生与原分子二维结构不同但三维取代基排列相近的 analogs。15. 使用时需要注意什么① 起始 binding mode 必须尽可能可靠如果原始 ligand pose 本身就不可靠那么根据它定义的 bond vectors 也没有可靠基础。② Bond vector 只是几何约束它不能自动保证原有氢键一定保留新分子的亲和力一定更高新分子一定能合成ADME 性质一定改善。③ 不要只看生成数量“生成 100 个”不意味着比“生成 10 个”更好。最终仍需要结合protein–ligand interactionspocket fit分子性质后续 minimization / scoringmedicinal chemistry judgment进行判断。④ Score 只能用于辅助排序后续即使加入 GBVI/WSA dG 等评分也不能把评分值直接理解为实验结合自由能或实验活性。计算结果更适合用来帮助缩小候选范围和提出下一轮实验设计假设。小结MOE 的 Scaffold Replacement 可以概括成一句话删除现有配体的一段核心骨架根据保留结构留下的三维 bond vectors在 fragment/linker database 中寻找能够维持原有取代基空间排布的新 scaffold。它解决的是“在尽量保留已有三维结合信息的前提下我还能用什么新的化学骨架连接这些关键结构”基础 Scaffold Replacement 主要解决的是几何匹配问题。但 1KV2 的例子进一步告诉我们几何匹配并不能保证关键氢键等药效特征被保留。因此下一篇将继续介绍Pharmacophore Filter怎样让骨架替换不仅“接得上”还尽量保留原来的关键蛋白–配体相互作用

相关新闻

如何提高 MySQL 的并发查询能力?全方位实战优化指南

如何提高 MySQL 的并发查询能力?全方位实战优化指南

前言 不少开发会遇到这样的现象:单独执行一条SQL速度很快,但是压测并发量上来之后,接口响应变慢、数据库CPU持续走高、连接数不断上涨,甚至出现查询超时。 很多人第一反应就是优化SQL,但单纯优化语句只能解决一部分问题…

2026/8/14 2:48:27 阅读更多 →
MySQL 使用 IN 语句会走索引吗?别再凭印象写SQL了

MySQL 使用 IN 语句会走索引吗?别再凭印象写SQL了

前言 很多开发同学存在两种极端认知: 传言:IN 不走索引,一律改成 EXISTS;直觉:IN 和 差不多,肯定能正常命中索引。 实际上两种说法都不准确。MySQL IN 能否走索引,取决于版本、数据量、索引类型…

2026/8/14 2:48:27 阅读更多 →
从零搭建Spark环境到数据分析实战:核心概念、避坑指南与最佳实践

从零搭建Spark环境到数据分析实战:核心概念、避坑指南与最佳实践

如果你是一名大数据工程师,最近在招聘网站上看到“Spark开发”的岗位要求越来越多,薪资也水涨船高,但打开Spark官网,面对其庞大的生态系统和复杂的配置,是不是感觉无从下手?或者,你已经尝试搭建…

2026/8/14 2:48:27 阅读更多 →

最新新闻

Kimi2.6深度评测:128K上下文与多格式文件处理如何重塑AI生产力

Kimi2.6深度评测:128K上下文与多格式文件处理如何重塑AI生产力

1. 项目概述:为什么Kimi2.6值得你花时间?最近AI圈子里关于Kimi的讨论又热了起来,特别是这个2.6版本。如果你平时用AI来处理长文档、做研究或者写东西,那这个更新可能直接关系到你的工作效率。我花了一周多的时间,把官方…

2026/8/14 4:44:28 阅读更多 →
2026世界机器人大会参赛指南:从ROS 2环境搭建到服务机器人实战

2026世界机器人大会参赛指南:从ROS 2环境搭建到服务机器人实战

1. 这篇文章真正要解决的问题如果你是一名机器人、人工智能或自动化领域的开发者、学生或创业者,最近可能被“2026世界机器人大会”的赛事预热信息刷屏了。但面对“倒计时27天”、“以赛促创”这类宣传语,你心里可能在想:这和我有什么关系&am…

2026/8/14 4:44:28 阅读更多 →
MAI-Image-2.6本地部署实战:从环境搭建到参数调优

MAI-Image-2.6本地部署实战:从环境搭建到参数调优

最近在文生图模型领域,微软研究院悄然发布了一款名为 MAI-Image-2.6 的新模型,并迅速在权威的 LMSYS Chatbot Arena 文生图模型排行榜上跃升至第二位,引发了开发者和 AI 爱好者的广泛关注。对于想要快速上手体验、进行二次开发,…

2026/8/14 4:44:28 阅读更多 →
SQL实战入门:从零搭建安全高效的数据库操作能力

SQL实战入门:从零搭建安全高效的数据库操作能力

如果你刚接触编程,或者想从后端、数据分析、测试等岗位入门,大概率会听到一个建议:“先学 SQL”。但很多人学了一堆 SELECT * FROM users 之后,面对真实业务需求依然无从下手,甚至因为一个错误的 DELETE 操作&…

2026/8/14 4:44:28 阅读更多 →
Web文件上传安全实践:从基础校验到生产环境部署

Web文件上传安全实践:从基础校验到生产环境部署

你有没有遇到过这种情况:一个看似简单的文件上传功能,在本地测试时一切正常,一旦部署到线上,就频频报错,不是文件类型不对,就是大小超限,甚至引发安全告警?这背后,远不止…

2026/8/14 4:44:28 阅读更多 →
AI增强RAW细节:Lightroom AI技术原理与五大实战场景解析

AI增强RAW细节:Lightroom AI技术原理与五大实战场景解析

1. 项目概述:当Lightroom遇上AI,你的RAW文件“醒”了如果你和我一样,是个常年和RAW文件打交道的摄影爱好者或职业摄影师,那你肯定对Lightroom Classic(以下简称LR)里那个“增强细节”按钮不陌生。以前点开它…

2026/8/14 4:43:11 阅读更多 →

日新闻

临沂网站建设铭镇:深耕本土数字生态,以匠心铸就企业品牌核心竞争力

临沂网站建设铭镇:深耕本土数字生态,以匠心铸就企业品牌核心竞争力

在这个流量为王、视觉至上的互联网时代,对于临沂乃至整个山东乃至全国的传统中小企业来说,拥有一张精美的“数字名片”早已不再是可选项,而是生存的必答题。每当夜幕降临,沂河两岸灯火辉煌,物流之都的喧嚣逐渐沉淀为对未来的思考。我们常常听到老板们在茶余饭后探讨:为什…

2026/8/14 0:00:26 阅读更多 →
Flutter与OpenHarmony实现剧本杀组队表单开发实战

Flutter与OpenHarmony实现剧本杀组队表单开发实战

1. 项目概述在移动应用开发领域,跨平台框架Flutter因其高效的开发体验和出色的性能表现,已经成为众多开发者的首选。而OpenHarmony作为新兴的操作系统平台,其开放性和灵活性为开发者提供了全新的可能性。本文将聚焦于一个实际应用场景——剧本…

2026/8/14 0:00:26 阅读更多 →
大连网站建设找简维科技:为您打造懂业务更懂用户的数字化转型引擎

大连网站建设找简维科技:为您打造懂业务更懂用户的数字化转型引擎

在这个数字化浪潮席卷全球的今天,企业想要在激烈的市场竞争中站稳脚跟,拥有一张好看的“数字名片”已经远远不够了。很多老板在刚开始接触互联网业务时,都有一个共同的困惑:为什么我花了钱建的网站,就像是在真空中自嗨?访客进来转了两圈就跑了,线索石沉大海,甚至连客服…

2026/8/14 0:01:27 阅读更多 →

周新闻

5分钟告别提取码焦虑:baidupankey如何智能破解百度网盘资源锁

5分钟告别提取码焦虑:baidupankey如何智能破解百度网盘资源锁

5分钟告别提取码焦虑:baidupankey如何智能破解百度网盘资源锁 【免费下载链接】baidupankey 在线查询网盘提取码(维护中 rm repo) 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ba/baidupankey 你是否曾经在深夜寻找一份重要资料&#x…

2026/8/13 2:38:34 阅读更多 →
如何快速生成中国车牌图片:Python开源工具完整指南

如何快速生成中国车牌图片:Python开源工具完整指南

如何快速生成中国车牌图片:Python开源工具完整指南 【免费下载链接】chinese_license_plate_generator 中国车牌生成器 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ch/chinese_license_plate_generator 中国车牌生成器是一个基于Python的开源项目&#xff0c…

2026/8/13 10:41:52 阅读更多 →
收藏!小白程序员轻松入门大模型,从Harness工程开始实践

收藏!小白程序员轻松入门大模型,从Harness工程开始实践

文章强调学习大模型不应只关注模型本身,而应重视模型外的系统搭建,即Harness。提出AgentModelHarness的实用公式,详细介绍Harness的四个层次:持久化层、执行层、控制层和观察与验证层。文章还探讨了上下文工程、工具设计、AGENTS.…

2026/8/13 10:41:51 阅读更多 →

月新闻

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南

免费解锁百度网盘SVIP加速:macOS用户必备的下载提速终极指南 【免费下载链接】BaiduNetdiskPlugin-macOS For macOS.百度网盘 破解SVIP、下载速度限制~ 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ba/BaiduNetdiskPlugin-macOS 还在为百度网盘macOS版的龟速下…

2026/8/13 10:41:50 阅读更多 →
终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换

终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换

终极ncmdump指南:3分钟实现网易云NCM音乐解密与格式转换 【免费下载链接】ncmdump 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ncmd/ncmdump 还在为网易云音乐下载的NCM格式文件无法在其他播放器播放而烦恼吗?ncmdump解密工具帮你轻松解决这个困…

2026/8/13 10:41:49 阅读更多 →
HarmonyOS 应用开发《掌上英语》第81篇: 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手

HarmonyOS 应用开发《掌上英语》第81篇: 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手

AgentCard 智能体卡片:为英语学习 App 打造桌面级学习助手适用平台:HarmonyOS 7.0 (API 26 Beta)一、引言 HarmonyOS 7.0(API 26 Beta)新增了 AgentCard 智能体卡片能力,这是继 HMAF(鸿蒙智能体框架&#x…

2026/8/13 10:41:49 阅读更多 →