HIV-1蛋白酶與抑制劑的分子動力學模擬.pdf

1、人免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus；HIV)是引起全球艾滋病(acquired immune deficiency syndrome；AIDS)流行的病原，AIDS 已經成為醫(yī)學領域的重要挑戰(zhàn)之一。HIV-1蛋白酶((Protease，PR)作為天冬氨酸蛋白酶家族的一員，是抗AIDS 藥物開發(fā)中最重要的酶之一。PR 可以將AIDS 復制過程中產生的非功能性的產物裂解成結構蛋白(gag)和功能蛋白(p

2、ol)，這些蛋白在具有感染性的病毒成熟過程中起到至關重要的作用。因此，抑制HIV-1 PR的催化活性就能阻止產物加工成為具有感染性的成熟蛋白，從而阻止進一步的病毒感染。
　　 而抑制劑與PR 結合后可導致蛋白酶的失活，最終阻止宿主細胞的感染。二聚體HIV-1蛋白酶已經成為抗HIV-1 病毒藥物設計的最重要靶點之一。因此，深入研究HIV-1蛋白酶和抑制劑之間的相互作用以及由突變導致的藥物抗性是非常重要的。
　　 由于用實驗

3、的方法去衡量不同蛋白酶和抑制劑之間的結合親和力是不方便的，而分子動力學模擬用計算機技術為研究生物或者化學體系的結構和功能特征提供了強有力的支持，尤其是對于復雜的生物體系。分子動力學模擬方法也可以用來研究HIV-1蛋白酶-抑制劑復合物的藥物抗性機理。
　　 首先，我們對HIV-1蛋白酶與TMC-126 體系進行了分子動力學（MoleculeDynamics，MD）模擬，并運用能量分解（Binding Free Energy Dec

4、omposition，BFED）和計算丙氨酸掃描（Computational Alanine Scanning，CAS）兩種方法考察了不同殘基對HIV-1蛋白酶與TMC-126之間結合親和力的貢獻。HIV-1蛋白酶和藥物小分子抑制劑的作用機理考察了HIV-1蛋白酶之間的相互作用能。
　　 計算結果表明，HIV-1蛋白酶的封蓋區(qū)域（殘基38-58）和活性區(qū)域（殘基23-32）
　　 對蛋白酶和抑制劑的結合有至關重要的作用。

5、我們還重點討論了重要殘基的具體作用機理。另外，我們對于計算丙氨酸掃描和結合自由能分解方法得到的結果進行了回歸分析，相關系數(shù)為0.94，這說明了同是基于GB模型的這兩種方法所獲得的結果有較好的一致性。最后，我們的計算結果顯示對結合自由能分解比計算丙氨酸掃描方法更快捷，而且結合自由能分解方法還可以將每個殘基的貢獻分解成骨架和側鏈貢獻。這項研究能夠對研究蛋白酶與抑制劑之間的作用機理以及理論計算中方法的選擇提供一定的指導作用。
　　 另

6、外，鑒于藥物抗性突變型的迅速出現(xiàn)，設計的藥物抑制劑臨床效果往往比較短效，所以急需開發(fā)更長效，副作用更小以及有廣譜活性的抗病毒藥物。
　　 為了更好的設計藥物，有必要去深入研究突變型蛋白酶和抑制劑之間的抗性作用機理。
　　 因此，在接下來的研究工作中，分子動力學模擬方法以及MM-PBSA 方法研究了HIV-1蛋白酶與地瑞那韋（Darunavir，DRV）結合中位于保守三序列G86-R87-D/N88中的G86 殘基的作用。

7、在我們的工作中，通過分子動力學模擬和MM-PBSA方法計算了TMC-114 與野生型和變異型蛋白酶的結合自由能來研究蛋白酶-抑制劑之間的結合機理和藥物抗性，DRV 與變異型蛋白酶G86A和G86S之間的結合親和力比其與野生型蛋白酶的結合親和力弱，G86A和G86S突變型與抑制劑結合的抗性主要分別來源于靜電作用和熵變。通過對野生型和突變型體系結合自由能的能量分解結果的分析，突變主要影響了三個區(qū)域殘基的貢獻，分別是活性位點區(qū)域（殘基23-3