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2型糖尿病(type2diabetes mellitus,T2DM)是现代医学和公共卫生领域的主要挑战之一。抑制人胰岛淀粉样多肽(human islet amyloid polypeptide,hIAPP,也称Amylin)聚集并降低其低聚物的毒性、抑制N末端麦芽糖酶-葡萄糖淀粉酶(Nt-Maltase-Glucoamylase,NtMGAM)酶活性是治疗和控制T2DM病情发展的潜在策略:hIAPP寡聚体可导致抑制代谢功能,诱导氧化应激和细胞凋亡,并破坏细胞膜,使胰岛β细胞发生凋亡,导致胰岛素产生减少;作为具有α葡萄糖苷酶活性的NtMGAM酶,由于其活性位点的结合口袋较浅,难以被阿卡波糖所抑制。据文献报道,在常见的食品中广泛存在的五种天然类黄酮(染料木素(Genistein),芦丁(Rutin),槲皮素(Quercetin),表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)和水飞蓟宾(Silibinin)),已通过传统实验证明它们对hIAPP聚集有效的解离作用,但它们抑制hIAPP寡聚体的聚集的详细机制仍不清楚。基于此,本论文通过分子对接和分子动力学模拟的计算机模拟方法探索了五个类黄酮抑制hIAPP聚集的机制;并且探索这五种类黄酮是否可以竞争性抑制T2DM另一个靶标NtMGAM酶的活性,目的是探索这五种类黄酮是否能够双靶向的治疗和控制T2DM病人的病情发展。本论文的主要研究结果如下:
通过五种类黄酮与hIAPP计算模拟结果表明:①这五种类黄酮可以通过与hIAPP的两个区域(Leu12-Ala13-Asn14和Asn31-Val32-Gly33-Ser34-Asn35)结合从而解聚了与hIAPP直接接触的链A和链B;②抑制hIAPP聚集的能力为:Genistein>Rutin>Quercetin>EGCG>Silibinin;③这五种类黄酮表现出hIAPP五聚体解聚的相似机制:它们使两条直接接触的肽链松散,从而可能破坏hIAPP寡聚物;④通过关键氨基酸残基突变分子动力学模拟表明:hIAPP第28(Ser),第12(Leu)和第32(Val)氨基酸残基对hIAPP五聚体的结构稳定性具有重要影响。这3个氨基酸关键残基可能是设计抗hIAPP聚集抑制剂的潜在靶标。
通过五种类黄酮与NtMGAM计算模拟结果表明:①NtMGAM活性口袋内部偏向与糖环和芳香环结合;EGCG和Rutin具有抑制NtMGAM活性的潜能,它们与活性口袋结合能力优于阿卡波糖;②五元糖环与活性口袋结合能力优于六元糖环;这表明嵌入酶活性口袋的结构不宜过大;③溶剂分子是影响着抑制剂分子与NtMGAM活性口袋结合稳定性的一个关键性因素;在设计NtMGAM的抑制剂中,活性口袋外侧可能需要一种屏蔽溶剂的结构,减少溶剂对抑制剂的扰动。
以上结果表明,EGCG与Rutin可能具有抑制hIAPP聚集和NtMGAM的双靶向的作用。在探索抑制hIAPP聚集机制发现3个关键的靶点;在探索NtMGAM酶活性的抑制剂,其中抑制剂结构中屏蔽外界的溶剂干扰表现得至关重要。通过此项工作,可能有助于通过原子级别探究类黄酮抑制hIAPP聚集和抑制NtMGAM活性的机制,并将有助于筛选,修饰和设计新的抑制剂。
通过五种类黄酮与hIAPP计算模拟结果表明:①这五种类黄酮可以通过与hIAPP的两个区域(Leu12-Ala13-Asn14和Asn31-Val32-Gly33-Ser34-Asn35)结合从而解聚了与hIAPP直接接触的链A和链B;②抑制hIAPP聚集的能力为:Genistein>Rutin>Quercetin>EGCG>Silibinin;③这五种类黄酮表现出hIAPP五聚体解聚的相似机制:它们使两条直接接触的肽链松散,从而可能破坏hIAPP寡聚物;④通过关键氨基酸残基突变分子动力学模拟表明:hIAPP第28(Ser),第12(Leu)和第32(Val)氨基酸残基对hIAPP五聚体的结构稳定性具有重要影响。这3个氨基酸关键残基可能是设计抗hIAPP聚集抑制剂的潜在靶标。
通过五种类黄酮与NtMGAM计算模拟结果表明:①NtMGAM活性口袋内部偏向与糖环和芳香环结合;EGCG和Rutin具有抑制NtMGAM活性的潜能,它们与活性口袋结合能力优于阿卡波糖;②五元糖环与活性口袋结合能力优于六元糖环;这表明嵌入酶活性口袋的结构不宜过大;③溶剂分子是影响着抑制剂分子与NtMGAM活性口袋结合稳定性的一个关键性因素;在设计NtMGAM的抑制剂中,活性口袋外侧可能需要一种屏蔽溶剂的结构,减少溶剂对抑制剂的扰动。
以上结果表明,EGCG与Rutin可能具有抑制hIAPP聚集和NtMGAM的双靶向的作用。在探索抑制hIAPP聚集机制发现3个关键的靶点;在探索NtMGAM酶活性的抑制剂,其中抑制剂结构中屏蔽外界的溶剂干扰表现得至关重要。通过此项工作,可能有助于通过原子级别探究类黄酮抑制hIAPP聚集和抑制NtMGAM活性的机制,并将有助于筛选,修饰和设计新的抑制剂。