哮喘抑制剂WHYAHNW的理性设计

摘要

哮喘是严重影响人类健康的一种慢性支气管疾病,其中嗜酸性粒细胞分泌的Galectin-10蛋白经历相变成为晶体被认为是哮喘的重要诱因.前期以Galectin-10蛋白为靶标设计多肽抑制剂WHYAENWY,然而自由能分析表明该抑制剂WHYAENWY与Galectin-10蛋白结合过程中,其E5、Y8氨基酸残基因为和Galectin-10蛋白的D49、E43带有相同电荷,导致静电斥力从而对结合不利.因此,本文针对WHYAENWY中E5、Y8进行序列重设计以优化其结合性能,使用带有相反电荷的氨基酸残基替换E5,同时删去Y8,筛选得到新抑制剂WHYAHNW.利用分子力学-泊松-玻耳兹曼方程表面积(molecular mechanics-Poisson-Boltzmann surface area,MM-PBSA)计算、分子对接、分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟、抑制效果验证等方法对新抑制剂进行表征.结果表明,氨基酸替换后H5对结合自由能的贡献为(-9.33±0.38)kJ/mol,对结合起到有利作用.WHYAHNW与Galectin-10蛋白的分子对接打分EVINA=-35.6 kJ/mol,表明二者具有较强相互作用.在分子动力学模拟过程中,WHYAHNW与Galectin-10蛋白的首次结合时间为(0.9±0.1)ns,结合过程迅速.二者结合的最小距离为(0.18±0.01)nm,质心距离为(1.84±0.01)nm,结合紧密,结合构象稳定.模拟过程的Coulomb势能为(-211.66±86.55)kJ/mol,Lennard-Jones势能为(-185.25±33.26)kJ/mol,均低于理性设计前WHYAENWY的相应势能,表明WHYAHNW与Galectin-10蛋白结合稳定且结合性能优于WHYAENWY.在抑制效果验证中,WHYAHNW与Galectin-10蛋白的平均结合时间和势能也都优于WHYAENWY,确证其结合性能有所改进,可促进后续哮喘药物的设计与开发.