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FK506结合蛋白51（FKBP51）作为一种广为人知的热激蛋白90（Hsp90）共分子伴侣,被发现可与类固醇激素受体和Tau等多种蛋白相互作用并调节其成熟、异构和定位。由此,FKBP51与许多疾病的发生和发展有密切关系,比如前列腺癌、压力相关疾病和Tau相关神经退行性病变等。正因如此,FKBP51被认为是一个潜在的药物靶点。截止目前,仅有雷帕霉素、FK506及其衍生物被发现与FKBP51的FK1结构域具有较强的亲和力,且大部分化合物对FKBP51和它的旁系同源蛋白FKBP52的选择性较差,故发现新的FKBP51抑制剂具有十分重要的意义。多肽分子作为一种有别于小分子化合物的特殊分子,具有易合成、毒性低和往往由于可以预先形成三维结构和作用面积大而对靶蛋白有较强的选择性等优点。同时,考虑到计算机辅助药物设计可以缩短实验周期和减少实验成本等优点,在本研究中,我们以FKBP51的FK1结构域为研究对象,采用分子建模、生物物理手段和蛋白质晶体学的方法进行靶向FKBP51多肽抑制剂的设计、活性评估和初步的结构改造,为将来药物的研究提供理论依据和结构基础。本研究的第一部分,我们展开靶向FKBP51多肽抑制剂的设计,并采用理论计算和实验相结合的方法对其生物活性、细胞膜通透性和血清稳定性进行评价。基于FKBP51的FK1结构域与SAFit化合物互作的结构信息,我们设计得到了20条多肽分子,并采用分子动力学模拟的方法初步评价了多肽在溶液中的折叠状态和与FK1的亲和力;为了进一步评价这些多肽分子的生物活性,我们合成了其中部分多肽,并采用表面等离子共振、等温滴定量热和荧光偏振方法测定了多肽分子与FK1的亲和力。结果表明,我们设计所得的多肽分子可以预先折叠形成U型结构,进而识别FK1上FK506结合口袋并与之发生相互作用,ITC的结果显示多肽分子与FK1的亲和力约为400μM。除此之外,考虑到多肽药物膜通透性和血清稳定性差等固有缺点,我们也采用流式细胞仪和高效液相色谱法评估了多肽分子的细胞膜通透性和血清稳定性。尽管这些多肽分子的细胞膜通透性较差,但是它们在血清中的稳定性较好,半衰期可达到80分钟。在本研究的第二部分,我们联合蛋白质晶体学和分子动力学模拟探究了多肽分子与FK1间的相互作用模式。采用X-ray衍射的方法,我们解析了多肽DFPFV、QFPFV和SFPFT与FK1复合物的晶体结构,其分辨率分别为1.50（?）、1.31（?）和1.39（?）。2FO-FC电子云图清晰的显示,多肽分子占据了FK1上的FK506结合口袋并形成稳定的马蹄形构象。多肽分子内Asp/Gln/Ser1与Phe4间形成的氢键和FPF侧链形成的“三明治”样疏水堆积对多肽分子U型构象的形成和稳定至关重要。多肽分子与FK1间的相互作用主要是由于Tyr113和Ile87参与形成的氢键网络和FPF侧链参与的疏水堆积作用。同时,采用分子动力学模拟研究了多肽分子与FK1间相互作用的动力学特征。与蛋白质晶体学的结论一致,氢键分析和残基能量分解的结果显示,Tyr113和Ile87参与形成的氢键网络和FPF侧链参与的疏水堆积在多肽与FK1相互作用过程中扮演至关重要的角色。本研究的第三部分,我们尝试采用不同的方法对多肽分子进行优化。首先,尝试对多肽分子进行突变（P-A）和两端延长。结果表明,P-A的突变导致多肽与FK1间相互作用完全丧失;而多肽分子的延长有利于两者之间的亲和力提升。我们推测多肽延长引起的活性增加很可能来源于多肽刚性增强和对构象的限制。与多肽延长相比,多肽环化将是一种更有效率的保证多肽刚性和构象的策略。于是,我们分别以FPF和FP为初始结构进行大环多肽分子的设计和活性评价。经过对环肽分子内氢键、与靶标蛋白几何与能量匹配和PNear值的筛选,我们得到了8条环肽。不幸的是,活性测定没有得到预期的结果,这很可能是由于FKBP51内在的顺反异构酶活性所导致的。因此,受基于热点的环肽设计策略的启发,我们又采用了一种新的环肽设计策略。通过检索PDB数据库和MD模拟,我们得到了一条FK1的多肽结合剂Construct5。此外,我们采用分子建模的方法对FK1与Construct5之间的互作信息进行探究。基于此,我们提取得到了FK1与Construct5间相互作用的热点残基Leu21和Leu22,且以LL为初始模块进行环肽构建、构象搜索和序列设计。同样,基于分子内氢键、与靶标蛋白的互补程度和PNear值对得到的环肽进行筛选。与第一次环肽设计不同的是,我们还额外考虑了环肽的骨架多样性和最优与次优构象间的能量差,由此得到了14条骨架结构多样的环肽,且每条环肽能量全景图中的构象都汇聚到我们所期望的结构。在接下来的计算过程中,我们对这14条环肽进行动力学稳定性评价。最后,我们筛选得到6条潜在的FKBP51环肽结合剂。综上,采用理论计算和实验相结合的方法,我们设计得到了靶向FKBP51的苗头多肽分子。我们的工作是FKBP51多肽类抑制剂设计和筛选的首次尝试。希望我们设计得到的多肽分子可做为苗头分子辅助靶向FKBP51多肽或者类肽抑制剂的开发,也为未来FKBP51多肽药物的设计提供结构基础。