计算机辅助抗栓肽突变体的构效关系研究

Cardiovascular disease has become a heavy burden in global health care and resources Therefore, the discovery of new thrombolytic and antithrombotic drugs for the treatment of cardiovascular and cerebrovascular thrombosis has become one of the priorities and hot spots in the field of drug research. Decorsin is a protein isolated from the North American leech and was found to be a potent antagonist of integrinαIIbβ3. However, the detail insight mechanism of the interaction between decorsin and its receptor still unknown. Our study will focus in molecular simulation of the interaction between decorsin and its receptor with the help of bioinformatics soft ware such as DS, and then validate our hypothesis on the examination level. Simply it up, our analysis of the complex between deorsin or its analog with integrinα11bβ3 receptor provides a novel perspective on the structural molecular recognition. It could inform the further discover of drugs.

发现新型特效、低毒用于治疗溶栓和抗栓药物已成为药物研究领域内重点和热点。血小板表面糖蛋白ⅡbⅢa（GPⅡbⅢa）即整合素是抗栓药物的有效靶标。水蛭中提取的抗栓肽（decorsin）为GPⅡbⅢa的天然抑制剂，但其分子机制尚未清楚。深入了解decorsin与受体的分子水平的相互作用对于药物的发现和改构具有重要的理论价值和应用前景。本课题首先在计算机水平上分子模拟decorsin与其受体的相互作用方式，明确作用机制；然后以生物信息学软件DS等计算得到各种decorsin模拟突变体的稳定构象，并跟受体蛋白进行分子对接计算，确认有效的突变体模型；最后在实验上将decorsin及从理论分析而来的突变体进行重组表达及活性分析。目的是为今后从事计算机辅助蛋白质及多肽类药物设计奠定基础，明确抗栓肽构效关系，并有望为将抗栓肽突变体开发成具有自主知识产权的抗栓新药奠定良好的基础。

抗栓肽（Decorsin）是Seymour等首先从北美水蛭中发现的血小板膜糖蛋白GPIIb/Ⅲa拮抗剂，由39个氨基酸组成，有三对二硫键（Cys7－Cys15，Cys17－Cys27，Cys22－Cys38），其抗血小板聚集活性位点被认为是Arg31 -Gly32 -Asp33（RGD）活性中心，但具体作用机制仍不明了。当前生物信息学及计算机技术的发展，已使计算机辅助蛋白质药物设计成为可能。本研究主要是利用计算机辅助设计手段研究抗栓肽decorsin及其突变体的构效关系。.本研究通过计算机辅助合理设计得到一个与抗栓肽RGD序列相连的第四个和第五个氨基酸残基由丙氨酸和天冬氨酸分别突变为色氨酸和精氨酸的抗栓肽突变体。从分子模拟的结果看，由于三对二硫键对三维结构的稳定既构象限制，使得RGD活性位点所形成的突环结构非常稳定。该突变体与糖膜蛋白IIb-IIIa复合体模型表明除了RGD模体的重要结合作用，和RGD 序列相连的第四位的氨基酸残基由丙氨酸残基变为色氨酸残基，增大了与整合素αIIbβ3相互作用的溶剂可极化面积；和RGD 序列相连的第五位的氨基酸残基由天冬氨酸残基变为精氨酸残基，与受体α亚基的作用更强。在分子及生化实验中，该突变体显示出比原型更强的对血小板凝聚的抑制作用，至此，实验结果与计算机预测的结果相吻合。故本研究所建立的构效关系模型，可以为抗栓类药物的合理药物设计与开发提供坚实的基础，为最终目标即建立蛋白质多肽类计算机辅助设计平台奠定基础。.并在完成计划的基础上，进一步深入探讨了抗栓肽结构中的二硫键对其活性的影响。.在研究期间，发表4篇SCI文章(均已标注本基金资助），其中第一作者文章3篇，共计影响因子7.5。获得一项国家发明专利授权“一种重组抗栓肽突变体、制备方法及用途”。本项目执行期间，辅助指导了一名博士研究生和三名硕士研究生。