论文部分内容阅读
随着科技的发展，人们的生活水平不断提高，一些随之而来的疾病却严重威胁着人类的健康。糖尿病已成为继心血管疾病和肿瘤之后最严重威胁人类健康的疾病。糖尿病是一种以糖代谢紊乱为主的慢性进展性疾病，其主要表现为胰岛功能进行性衰退，包括胰岛素抵抗、胰岛β细胞功能缺陷和肝葡萄糖过度分泌，从而导致胰岛素和胰高血糖素比例失调。由于高血糖症的葡萄糖毒副作用影响，会导致新陈代谢紊乱并导致并发症，尤其是心血管、眼睛、肾脏以及神经系统组织会受到不同程度的损伤。 GLP-1是肠黏膜L细胞中分泌的胰高血糖素样肽，会对摄入的食物作出反应。当食物进入肠道，GLP-1将会被释放到血液循环中，促进葡萄糖吸收进入血液，同时刺激胰岛素分泌，这种胰岛素刺激属于内源性胰岛素释放，所以不会像其它药物有副作用。此外，GLP-1还抑制着胰高血糖素的分泌，延缓胃排空，降低食欲，这些都有利于控制血糖的升高。然而，人体产生的GLP-1在血液中的半衰期十分短，只有两到三分钟时间，因为GLP-1会迅速被二肽基肽酶-4(DPP-4)所分解。因此，抑制DPP-4生物活性也就延长了GLP-1半衰期达到控制血糖的效果，而二肽基肽酶也成为极具应用前景的治疗Ⅱ型糖尿病的药物靶标。 目前，只有少量关于抑制剂与DPP-4成键机理的详细理论报道。此外，抑制剂与DPP-4之间微妙的构效关系也不清楚，而这些对于促进实验研究进展来说是非常重要的。分子动力学模拟是考察和研究抑制剂的生物活性以及蛋白质与抑制剂之间的成键机理的一个强有力的工具。因此，我们使用了分子对接、分子动力学模拟(MD)和成键自由能分析的方法来研究抑制剂与二肽基肽酶之间的成键机理，并分析和讨论了抑制剂与二肽基肽酶之间的静电相互作用、范德华相互作用。用MM-PBSA方法计算得到的DPP-4/抑制剂结合自由能与实验结果是一致的。 本文的主要贡献如下: (1)二肽基肽酶(DPP-4，E(3.4.14.5))，是一个分子量为110千道尔顿的丝氨酸蛋白酶。属于脯氨酞寡肽酶超家族(the Proyl Oligopeptidase Family)，也称之为POP家族，而DPP-4是这个家族中被研究得最多的一个。利用分子对接、分子动力学模拟及结合自由能计算来研究三个拟肽类氰基吡咯烷抑制剂与DPP-4之间的相互作用关系。自由能结果分析表明:抑制剂与DPP-4相互作用强弱，与实验上所测得的IC50值顺序一致。此外，范德华作用在结合自由能中起重要作用。残基Tyr631和Tyr666对于区分研究的这三种氰基吡咯烷类抑制剂的生物活性是很重要的。 (2)通过分子对接、分子动力学模拟和结合自由能计算获得五种非肽类黄嘌呤类抑制剂与DPP-4结合位点的结构信息。DPP-4/抑制剂复合物的结合自由能表明，抑制剂与DPP-4之间的结合是有利的，并且与这些抑制剂药物的实验抑制常数是一致的。结果表明抑制剂与残基Ser630和Asp663之间的氢键对于药物的结合是有利的。此外，范德华作用在结合自由能中起主要贡献。然而，极性溶剂化能对于结合是不利的。气相静电作用能对于结合是有利的，然而却不能完全抵消极性溶剂化能的不利贡献，因此，综合的净静电效应对于复合物的结合是不利的。更重要的是，残基Tyr666、Trp629、His740和Asn710对于区分研究的几种抑制剂的生物活性是很重要的。目前的工作可以为以后设计新型的DPP-4抑制剂提供基础数据和理论支持。相信随着研究的进一步深入，人们完全有可能开发出多位点结合、活性更高、选择性更好的DPP-4抑制剂。