流感病毒以其持续变异能力和在全球范围内的广泛传播,引发人类呼吸道传染病,严重威胁着人类的健康,是全球公共卫生的重大问题。每年都有大量的人感染流感病毒,或因季节性流感和流感大爆发而死亡。其中,禽流感病毒的威胁,尤其是H5N1型和H7N9型等高致病性禽流感病毒已逐渐成为对人类最具威胁的传染病之一。由于流感病毒的高度变异性,现有的疫苗研发策略需要每年更新流行株,而传统抗病毒药物的治疗效果也会受到影响,因此开发新型抗流感药物是流感防治的迫切需要。流感病毒包膜外的血凝素蛋白是中和抗体识别的主要靶标,介导流感病毒与宿主细胞结合。血凝素蛋白头部区的受体结合域具有一个凹槽形结构,其保守性位点能与唾液酸受体特异性结合,常可作为设计抗流感药物的潜在靶标。近年来,以血凝素蛋白为靶点的抗流感化合物被相继开发,但实际应用时收效甚微。随着生物化学和分子生物学的发展,越来越多的多肽药物被开发并应用于重大疾病的治疗。相对于传统的小分子药物,多肽药物凭借其高活性、强特异性和低毒性等优势,逐渐成为了药物开发的热点。肽的高效合理设计是这一领域的主要研究方向,为肽类药物的开发注入了新活力。基于受体蛋白质结构的计算机辅助多肽设计运用结构生物学方法并结合分子对接和分子动力学模拟等生物信息学方法,通过理论计算和分子模拟建立复合物结构模型,预测多肽和蛋白质的相互作用,并以此为依据对多肽药物进行合理设计。论文的第一部分工作主要围绕本实验室解析的13D4 Fab以及13D4 Fab-VN1194HA的复合物晶体结构展开。借助Discovery Studio等计算机软件对复合物晶体结构进行分析,获取抗原抗体交界面的相互作用信息与关键结合位点。通过结构分析,我们发现13D4抗体主要通过其重链CDR3与HA蛋白相互作用的结合模式。比较13D4抗体结合HA蛋白前后的结构发现,抗体重链CDR3在与HA蛋白结合的过程中发生了大幅度柔性偏转现象,通过伸入到受体结合域的凹槽结构中与其更加契合。接下来,我们通过分子动力学的方法模拟了抗体重链CDR3的变构契合过程,进一步揭示了 13D4抗体与HA蛋白的识别机制,并为后续开展基于抗体结构的多肽药物设计提供了理论计算依据。论文的第二部分工作主要是基于HA蛋白受体结合域的结构特点和13D4抗体重链CDR3的结合模式,进行多肽分子药物设计的探索。首先,我们尝试将RosettaPepspec程序应用于本课题的多肽分子设计,但实验结果表明设计多肽的结合活性并不理想。随后,我们利用分子动力学模拟结合实验方法对阴性结果进行了分析。在综合分析了多肽与受体蛋白识别机制以及肽链自身柔性和构象自由度等问题之后,尝试建立了采用柔性对接技术、模拟退火采样结合分子动力学优化精细结构的多肽分子设计方法,并结合实验手段对多肽分子与HA蛋白的结合活性进行了验证。综上所述,本论文在13D4抗体与HA蛋白复合物晶体结构的基础上,利用分子动力学方法分析了抗体重链CDR3在与HA受体结合域识别过程中的变构契合现象,在原子水平上阐释了 13D4抗体的作用机理。并且,根据抗体与受体蛋白的结合特点,对抗H5N1流感病毒多肽小分子药物的设计进行了一系列尝试,摸索并建立了一套借助计算机辅助设计技术结合生物信息学方法,基于结构的多肽分子理性设计方法。这为我们深入研究H5亚型的中和表位和中和机制供了理论基础,也为今后抗流感广谱小分子多肽药物的研发开拓了思路。