计算机辅助的星虫降血压肽成分筛选与构效关系研究

The present study based on the discovery of the ACE inhibitory activity of hydrolysates and some peptides isolated from the hydrolysates, which were produced by the water-soluble protein of Phascolosoma esculenta being hydrolyzed by gastrointestinal enzymes. With the assistance of computer, a peptide library will be set up by in silico hydrolyzing with the online software to overcome the problems such as incomplete hydrolysis and the loss of peptides during the isolation procedure. Flexible docking and computation of binding free energy will be used for comprehensive and systematic screening of the peptides with high ACE inhibitory activity. The ACE inhibitory peptides reported by literatures was collected and analyzed for their structure features and the relationship between their structure and activity, which will be combined with the translocation of amino acids in different site of the peptides, activity detection and precisely measurement of the released energy by binding of peptides and ACE, to analyze the structure-activity relationship of the theoretic high active peptide inhibiting ACE. Aiding with the computation of the details about the binding of peptides and ACE, the binding behavior can be overall acknowledge.

本研究以可口革囊星虫为研究对象，基于实验对星虫降血压肽活性的认知，利用计算机的辅助，克服水解不完全和纯化步骤中多肽的损失等实验手段无法解决的问题，通过在线软件酶解星虫水溶性蛋白，建立多肽库，并采用基于分子对接和结合自由能计算实现对高活性降血压肽全面而系统的理论筛选。对文献报道的降血压肽建库并对氨基酸序列与活性的关系之规律进行总结，在此基础上，结合不同多肽位点上的氨基酸替换、活性检测以及精确检测多肽与ACE结合所释放的能量等实验手段，对理论筛选到的高活性降血压肽的构效关系进行分析，辅以理论计算多肽与ACE结合的细节，全面认识ACE与多肽的结合特性。

本课题以可口革囊星虫为研究对象，利用计算机的辅助，克服水解不完全和纯化步骤中多肽的损失等实验手段无法解决的问题，通过在线酶解软件对星虫蛋白进行虚拟胃肠道消化，构建多肽库；对文献报道的降血压肽建库，采用Libdock对113条降血压肽进行对接，将得到的Libdock分值与肽的血管紧张素（ACE）抑制IC50值建模：Libdock score = 10.063 log(1/IC50) + 68.08 (R2 = 0.62)。模型可用于预测多肽的ACE抑制IC50值，实现了降血压肽的虚拟高通量筛选，对22条由UniProt公布氨基酸序列的星虫蛋白进行虚拟胃肠道消化，并采用上述模型进行筛选，获得99条预测IC50值低于50 M的ACE抑制肽，选择其中9条ACE抑制肽经合成后检测实际IC50值，与预测值相比，误差的绝对值全部低于0.65，远远低于文献报道值。表明虚拟酶解—降血压肽虚拟高通量筛选平台技术成功建立。将上述9条肽喂食自发性高血压大鼠（SHR），大部分具有显著降血压效果，其中AYF和GYF的降血压效果较药物赖诺普利更为显著。. 星虫水溶性蛋白经模拟胃肠道消化获得的三条ACE抑制肽，RYDF、YASGR和GNGSGYVSR，其对应的ACE抑制IC50分别为235、184和29 μM。通过分子对接、分子动力学模拟、结合自由能计算以及热力学参数测定，对三条肽的作用机理进行了全面的阐释，并对碳端的精氨酸残基对ACE抑制活性的影响进行了分析。上述三条肽喂食SHR结果表明，GNGSGYVSR具有显著的降血压活性。. 最后，我们还将虚拟酶解—降血压肽虚拟高通量筛选平台技术应用于不同的食品原料，如小球藻和螺旋藻。获得两条高活性ACE抑制肽，VHW和TTW，其抑制IC50分别为0.91和0.61 μM。喂食SHR的结果表明，VHW具有接近药物莱诺普利的降血压效果。. 综上所述，本课题顺利完成了既定研究计划，并进行了拓展研究，计算机辅助的虚拟酶解—降血压肽虚拟高通量筛选平台技术为生物活性肽研究领域提供了新的思路。 后续研究工作将从结构生物学角度进一步揭示高活性降血压肽与ACE的作用机理，同时将虚拟酶解—降血压肽虚拟高通量筛选平台技术推广应用于其它多种生物活性肽的研究与开发中。