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M胆碱受体属于G蛋白偶联受体,具有M1~M5五种亚型,其中M1亚型主要分布在皮层、海马、纹状体等中枢神经系统,参与学习记忆、精神情绪等活动,与阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)等多种重大疾病密切相关,多种M1胆碱受体激动剂在针对AD的临床试验中因外周胆碱能副作用而失败,亚型选择性低是制约M1受体药物临床应用的关键问题。高度保守的正构位点位于M胆碱受体跨膜区,为高亲和力位点;而序列保守程度低的别构位点则位于胞外区,易于实现受体亚型选择性。通过同时结合正构位点及别构位点,开发兼具亚型选择性和高亲和力的双位点激动剂已经成为相关药物研发的热点。VU0184670是重要的M1胆碱受体双位点激动剂,在其哌啶环上增加两个碳原子进行托烷化改造得到VU0415371,其M1胆碱受体的高选择性得以保留,但对M2~M5胆碱受体由激动转为拮抗,提示托烷化前后配体与M1胆碱受体少数关键氨基酸结合位点的变化引起了结合方式的改变。然而托烷化改造对正构和别构位点存在何种影响目前未知,需要研究此类调控剂与M1胆碱受体的构效关系及互作机制。本课题通过同源模建、分子对接的方法构建并验证双位点激动剂VU0184670、VU0415371与M1胆碱受体的互作模型;运用分子动力学模拟的方法,预测参与VU0184670、VU0415371与M1胆碱受体互作的关键氨基酸;通过定点突变的方法阐明托烷化改造调节双位点激动剂与M1胆碱受体互作的结构基础,明确双位点激动剂托烷化改造调控其M1胆碱受体作用特性的机制。本文主要结果如下:(1)Y82、Y85、Q177、Y179、E397、W400、E401和Y404位点可能参与托烷化前后配体与M1胆碱受体的互作,K392、E397、E401和Y404位点可能参与托烷化配体对M1胆碱受体的调控。(2)Y82和Y404位点可阻碍配体对M1胆碱受体的激活过程,使得配体占据正构位点但却难以产生激动活性,在M1受体中上述作用因K392和E397的存在而受抑制,而M2~M5受体不具有上述两个位点,使得Y82和Y404位点对受体激活的阻碍效应更加显著。(3)托烷化前配体可通过Y85位点激动M1胆碱受体,而托烷化后配体的托烷环刚性结构可使Y82与Y404位点的阻碍作用得到加强,进而阻碍通过Y85位点对M1胆碱受体的激活,最终使得托烷化后配体失去对M2~M5受体正构位点的激动活性,由激动转为拮抗。本研究首次阐明双位点激动剂托烷化改造调控M1胆碱受体的作用机制;阐释托烷化后配体的M2~M5胆碱受体激动活性反转的结构机制;为改造M1胆碱受体双位点激动剂提供重要的关键残基互作信息。