检索历史 清除

摘要流感病毒具有较强的变异能力以及全球传播能力，可引起人类的呼吸道疾病甚至导致死亡，严重威胁着人们的健康，造成严重的疾病负担，该问题已成为全球性的公共卫生的重大问题。其中，禽流感H5和H7亚型因具有高致病性而容易引起大流行性疫情受到人们的高度重视，特别是H5N1和H7N9型流感病毒已经逐渐成为了对人类最具威胁的传染病之一。不同型别流感病毒的识别表位存在高变异性，给设计针对流感病毒的疫苗及药物带来很大困扰，因此急需深入探究流感病毒被体内抗体识别结合的过程，为抗流感病毒的预防及治疗奠定基础。<br>　　流感病毒的红血球凝集素蛋白的头部是中和抗体的主要识别区域，也参与介导病毒与宿主细胞的结合。血凝素蛋白的头部的受体结合区域呈现为凹槽结构，感染时被宿主唾液酸受体特异性识别，其识别位点具有保守性，可作为设计抗流感病毒药物的潜在靶标。尽管近年来多种以血凝素蛋白作为靶标的抗流感病毒的治疗性化合物被开发，但其实际效果甚微。因此需要进一步探究流感病毒同抗体之间的结合过程，为药物及疫苗开发提供理论基础。随着计算机技术、结构生物学以及生物信息学的发展，计算机辅助的生物大分子模拟以及药物研发越来越受到人们的青睐。相比于实验手段，对蛋白识别过程进行分子动力学模拟具有可观察分子扰动影响、动态观察识别过程、了解蛋白变构过程等优势，已成为对蛋白识别过程探究的一个重要手段。<br>　　本研究基于实验室前期解析获得的针对H5N1的广谱中和性抗体13D4的抗原结合区域(fragment antigen binding，Fab)以及13D4Fab同VN1194菌株的红细胞血凝素(hemagglutinin，HA)蛋白复合物晶体结构展开工作。利用Discovery Studio等生物信息学软件对复合物晶体结构进行分析，阐明了在结合过程中13D4抗体重链互补决定区域3(heavy chain complementarity determining region3，HCDR3)的重要作用。并通过对游离态13D4Fab及复合物之间的结构比对，我们发现13D4抗体HCDR3在结合状态下经历变构并深入HA蛋白的结合域，与HA蛋白产生充分的相互作用，从而更加契合HA蛋白头部的凹槽结构。而游离态13D4Fab同复合物结构之间的简单对齐叠加比对可以看出，游离态13D4Fab同HA蛋白之间存在碰撞现象。基于以上对结构的基础探究我们利用三种不同的分子动力学模拟方式模拟13D4抗体同HA蛋白的识别变构现象。经过对模拟结果的相关分析表明，基于该模型的常规动力学和引导动力学的模拟并不理想，在综合考虑了该模型中存在的碰撞现象以及引导动力学的引导过快等问题后，我们尝试对模拟方法进行改进，建立了一种新的模拟蛋白识别变构的分子动力学模拟策略。基于该策略的动力学模拟能较准确地模拟游离抗体与抗原表位的识别过程，为进一步解释13D4抗体同HA蛋白的识别机制提供结构基础，为设计具有针对性的流感病毒的多肽及颗粒疫苗奠定了理论基础并提供数据支撑。<br>　　综上所述，本研究在13D4Fab以及13D4∶HA复合物晶体结构的基础上，利用生物信息学软件分析抗原抗体相互作用，揭示13D4抗体HCDR3在同HA蛋白识别过程中的重要作用。并利用分子动力学方法模拟分析抗体HCDR3在与受体结合区域识别过程中的变构契合现象，在原子水平上阐明了13D4抗体的作用机制。根据13D4∶HA的结构特点采用不同的动力学模拟方式，建立了基于步进降落的分步分子动力学方法，为深入探究流感病毒的中和表位及其中和机制提供了理论基础。同时，为基于受体结合位点的定向抗病毒的预防以及针对流感的治疗性肽及药物设计提供了新的思路。