目的 研究人参调控动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)中细胞焦亡(pyroptosis)以发挥治疗作用的关键成分、作用靶点与信号通路,探究人参作用AS中细胞焦亡的具体机制.方法 通过TCMSP、HERB与Swiss Target Prediction数据库筛选人参的活性成分及其对应的标准化靶点;利用OMIM、GeneCards、TTD数据库中AS相关靶点和分析GEO数据库中AS组织和正常组织RNA测序数据的差异表达基因获取AS的标准化靶点,通过GeneCards筛选细胞焦亡相关靶点;通过微生信平台获取交集基因,对其构建蛋白质-蛋白质相互作用网络,分析筛选核心靶点;利用 R 语言"clusterProfiler"包对靶点进行 GO 与 KEGG 富集分析;使用Cytoscape 3.9.1 软件构建"活性成分-靶点-通路-疾病网络图"并分析人参的关键成分;利用AutoDock Vina对核心靶点与关键成分进行分子对接;随后选取核心靶点与关键成分的对接结果使用Gromacs软件进行 50 ns分子动力学模拟验证,运用分子力学/泊松-玻尔兹曼表面积法对最后 10 ns蛋白质与配体的自由结合能进行分析.结果 获得人参的 22 个活性成分及 588 个标准化靶点,共获得 36 个人参-细胞焦亡相关AS靶点,其中核心靶点为肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、丝氨酸/苏氨酸激酶(serine/threonine kinase,AKT)1、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma,PPARG).GO与KEGG富集结果显示人参-细胞焦亡相关AS靶点主要与脂多糖的反应、DNA 结合转录因子、核受体活性以及TNF信号通路和核因子(nuclear factor,NF)-κB信号通路有关.筛选获得人参作用于AS中细胞焦亡靶点的关键成分为山柰酚(kaempferol)、吉九里香碱(girinimbin)、脱氧三尖杉酯碱(deoxyharringtonine)与戈米辛 B(gomisin B).分子对接结果初步表明核心靶点与关键成分有良好的结合能力.分子动力学模拟结果显示TNF与关键成分形成的复合物的波动较小,在Nacl溶液环境下十分稳定;结合自由能分析结果表明关键复合物中核心靶点与关键成分的结合自由能较低,具有较好的结合能力.结论 人参可能通过TNF、AKT1、IL-1β、PPARG等核心靶点调控TNF信号通路与NF-κB等信号通路,抑制 AS中的细胞焦亡.

目的 通过计算机虚拟筛选从HERB数据库草药成分中筛选出靶向新型冠状病毒主蛋白酶(main protease,Mpro)、木瓜样蛋白酶(papain-like protease,PLpro)和受体结合域(receptor binding domain,RBD)的新型潜在抑制剂并阐述其相互作用机制.方法 以从HERB数据库中获得的天然化合物为筛选对象,综合运用药效团模型、分子对接、ADME-T预测、分子动力学模拟和分子力学泊松-玻尔兹曼表面积(molecular mechanics Poisson-Boltzmann surface area,MM-PBSA)等计算方法,获取靶向新型冠状病毒中Mpro、PLpro和RBD等多个靶点的潜在抑制剂,并采用酶活性抑制实验评价其植物提取物对 Mpro 的抑制效果.结果 化合物 HBIN006454、HBIN032286 和 HBIN031053 对 SARS-CoV-2 的 Mpro、PLpro 和 RBD 靶点均具有较高的结合亲和力.其中,巴戟天中的HBIN031053具有更好的类药性和药动学特性,且与各靶点所形成的复合物在分子动力学模拟中均表现出良好的稳定性.MM-PBSA分析结果进一步揭示了在HBIN031053-Mpro、HBIN031053-PLpro以及HBIN031053-RBD的结合中发挥关键作用的氨基酸残基,并深入阐述了其抑制病毒蛋白酶活性的机制.酶活性抑制实验表明,巴戟天提取物对Mpro有抑制效果.结论 天然化合物HBIN031053可作为靶向SARS-CoV-2中Mpro、PLpro和RBD等靶点的潜在新型抑制剂.

目的:采用分子模拟技术从宽体金线蛭来源多肽库中筛选抗凝活性多肽,结合分子对接初筛及分子动力学模拟复筛,最终通过抗凝实验验证得到宽体金线蛭抗凝活性多肽.方法:利用虚拟酶切技术对宽体金线蛭蛋白库进行酶切,得到宽体金线蛭多肽候选库;选择凝血酶为凝血活性靶点,采用HPEPDOCK及Discovery Studio CDOCKER两种方法进行分子对接,并利用分子动力学模拟技术对分子对接初筛结果中对接结合能高的复合物进行动力学模拟复筛,通过MM-PBSA模块分析计算凝血酶-多肽复合物结合自由能;最后采用固相合成法化学合成复筛中稳定结合的宽体金线蛭多肽并进行体外抗凝活性测定.结果:经过虚拟酶切共得到 3317 条无毒多肽,通过分子对接进行初筛,结合分子动力学模拟复筛,得到 1 条结合凝血酶效果最好的目标抗凝肽,该多肽序列为QNTVGLDDFFSSYER,结合自由能为-427.506 kJ·mol-1.凝血酶Arg233 残基是该凝血酶-多肽复合物中介导结合相互作用的关键氨基酸.该宽体金线蛭抗凝肽在体外活性测定中确能延长凝血酶时间.结论:利用分子模拟技术有效筛选出 1 条宽体金线蛭抗凝活性肽,并经过抗凝实验验证,表明"模拟+实验"的活性肽筛选策略切实可行,该研究思路可为动物类中药物质基础研究提供参考.

目的 分析双特异性抗体杵臼结构(knobs-into-holes,KIH)的稳定性及异源重链二聚化的结合效率,为设计出更稳定的双特异性抗体奠定基础.方法 采用分子动力学模拟和泊松玻尔兹曼面积(molecular mechanics-Poisson Boltzmann surface area,MM-PBSA)方法分析KIH结构的稳定性并计算结合自由能,将其与标准结构CH3野生型(wild-type,WT)进行对照比较,并通过SDS-PAGE和银染技术观察二者的结合效率.结果 在355 K温度下CH3 WT均方根偏差(root-mean-square deviation,RMSD)涨落小于1.0 (A),CH3 KIH波幅超过2.0 (A),主要是由于KIH knob部分3-27、45-52、70-80位氨基酸缺乏稳定性.WT和KIH中重链结合自由能分别为79.864 9 kJ/mol、107.008 2 kJ/mol,KIH的结合自由能更高,不利于两重链的结合.进一步计算结合面氨基酸结合能,找到了KIH中对结合作用贡献较小的10个氨基酸残基.银染观察KIH异源重链正确结合效率不足80％,远低于WT.结论 本研究发现双特异性抗体KIH结构的稳定性和重链结合效率均不如WT,并确定了KIH中缺乏稳定性和对结合作用贡献较小的氨基酸残基.

目的 阐明石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶结合的分子机制和关键氨基酸.方法 运用分子对接和分子动力学方法分析石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶的结合位点;MM-PBSA方法计算两者的结合自由能和作用力的类型、大小;丙氨酸突变扫描方法评估关键残基对结合白由能的贡献.结果 复合物中石杉碱甲与Glu202形成1个氢键,与Trp86和Tyr337形成π-π堆积作用;结合自南能为-18.18 kcal·mol-1,范德华力和静电作用力为主要驱动力,非极性溶剂化能是主要抑制作用力;丙氨酸突变扫描结果显示残基Hid442的△△Gbind为3.17 kcal·mol-.结论 氢键和π-π堆积作用是石杉碱甲活性的分子基础,残基Hid442在石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶的结合中起重要作用.

蛋白酶MP (marine protease)是海洋细菌来源的新型碱性金属蛋白酶,在工业中具有良好的应用前景.本文采用酶动力学方法研究4-甲酰苯基硼酸(4-FPBA)对MP的抑制作用,并结合分子模拟的方法,通过水溶液环境下分子力学-玻尔兹曼泊松表面积(MM-PBSA)和量子力学/分子力学混合方法(QM/MM)对其抑制机制进行了研究.结果表明,4-FPBA对蛋白酶MP的抑制过程属可逆的竞争型抑制,抑制常数Ki为0.57 mmol/L.在4-FPBA与蛋白酶MP的结合过程中,范德瓦尔斯相互作用对于其结合发挥了重要作用.明确了Arg59、Leu151、His190和His196的4个残基为蛋白酶MP中与4-FPBA结合的关键残基.该研究结果将为今后进行蛋白酶MP可逆抑制剂的筛选与设计提供理论基础,以提高其液态稳定性,从而拓宽蛋白酶MP在液体洗涤剂中的高效应用.

目的 研究吲哚类双靶点Src/IGF-1R抑制剂与两个受体的作用机制.方法 用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法确定化合物与两个激酶的结合模式和相互作用的关键氨基酸,并用MM-PBSA法计算化合物与受体的结合自由能.结果 通过对接发现抑制剂在两个激酶中的结合模式非常相似,化合物的对接能量打分与它们的抑制活性具有良好的相关性(Src的R=0.800;IGF-1R的R=0.891),两个激酶蛋白结构叠合的均方根偏差和标准分数分别为0.18 nm和7.02 nm,蛋白序列36.00％是相同的,表明Src与IGF-1R两蛋白链相似度较高.分子动力学模拟进一步验证对接结果的稳定性和合理性,化合物的结合自由能与实验活性有很好的相关性.MM-GBSA能量分解表明,疏水相互作用是化合物与Src和IGF-1R结合的主要驱动力.配体与Ser345和Asp404残基之间的氢键相互作用有助于稳定配体在Src结合袋的构象.结论 吲哚类衍生物与Src和IGF-1R的结合位点信息可很好地阐释化合物的作用机制,为新型Src/IGF-1R双靶点抑制剂的设计提供实验依据.

目的 基于分子对接及分子动力学模拟方法从中药活性成分中寻找潜在的Ⅱ型5α-还原酶(5αR2)抑制剂.方法 采用分子对接方法对中药来源的26种单体成分进行对接,根据对接结果,对与蛋白结合较强的化合物进行分子动力学模拟,采用MM/PBSA方法计算体系的结合自由能;通过体外微量酶反应体系进行生物活性验证.结果 26种单体成分与5αR2具有不同程度的结合能,其中女贞苷、红花黄色素和扁柏双黄酮的结合能较低,结合能力强;分子动力学模拟结果与对接结果相一致(结合能力:女贞苷-蛋白＞红花黄色素-蛋白＞扁柏双黄酮-蛋白);活性实验结果显示3种成分对5αR2具有一定的抑制作用,女贞苷半数抑制浓度(IC50)值为(42.12±3.83)μmol/L,红黄黄色素IC50值为(69.06±6.35) μmol/L,扁柏双黄酮IC50值为(191.28±5.90) μmol/L.结论 筛选的26个单体成分中,女贞苷、红花黄色素和扁柏双黄酮具有预防和治疗雄激素依赖型疾病新药研发的潜力,为探索新型5αR2抑制剂提供参考.