拉链结构脂肽及其对脂质体稳定性影响的分子模拟

发布时间：2020-05-24 04:50

【摘要】：癌症已经成为人类健康的最大杀手,相应的,抗癌药物及其靶向给药系统的研制也已成为目前研究的热点之一。最近,作者所在实验室开发了一种以亮氨酸拉链结构为主导的新型温敏脂质体药物载体,它具有良好的靶向性以及温度敏感性,可以作为抗癌药物的优良载体,实现抗癌药物的精准释放,提高药效的同时还可有效避免抗癌药物对健康组织器官的危害。为了设计性能更优的温敏性脂质体,作者采用分子动力学模拟方法,探索不同亮氨酸拉链结构影响脂质体温敏性的分子机制,指导亮氨酸拉链分子结构设计,并为亮氨酸拉链结构为主导的温敏脂质体药物载体的开发提供理论基础。本文的主要内容分为以下四个部分:(1)使用隐式溶剂副本交换分子动力学模拟(REMD),对6种修饰有不同头基的含亮氨酸残基的肽链的折叠过程进行了模拟,获得了在16个温度下的100ns分子模拟轨迹文件。经过二面角主成分分析法(dPCA)绘制出各个温度下不同头基的含亮氨酸残基肽链的自由能面图,并由此得到各个温度下不同含亮氨酸残基肽链的折叠成拉链结构后的特征结构。接着依靠DSSP方法配合最小二乘法,得到了6种不同含亮氨酸残基肽链的转变温度。模拟发现亮氨酸拉链头基的改变会造成亮氨酸拉链结构转变温度的变化,头基主要由疏水烷基构成,烷烃头基碳链的增长会引起亮氨酸拉链结构转变温度的升高,而当在烷烃头基与残基序列间增添额外的残基丙氨酸残基(A)与丝氨酸残基(S)时,会导致亮氨酸拉链结构转变温度的下降,这些规律与实验中得到的结果相一致。(2)常规的分子动力学模拟很难使多条亮氨酸单链聚合成相应的多聚体结构,作者考虑直接分析不同亮氨酸拉链结构多聚体的稳定性以判断此序列的亮氨酸拉链结构的主要多聚体形态。为此,作者采用Metadynamics模拟方法,选择了残基序列的首个φ角以及ψ角作为CVs,对3种不同头基的亮氨酸拉链ALA、C7AS以及POCH肽链的二聚体以及三聚体进行了模拟计算。结果显示,这三种亮氨酸拉链的二聚体以及三聚体的整体自由能极其接近,而各个结构所对应的二聚体单链自由能远低于三聚体的单链自由能,说明此序列[VAQLEVK-VAQLESK-VSKLESK-VSSLESK]的亮氨酸拉链的二聚体结构更为稳定。这一发现与拉链结构的猜想极其吻合,也与实验的认知相符。(3)我们将亮氨酸拉链加入DPPC为主要成分的脂质体中,研究亮氨酸拉链结构在DPPC脂质体中的温敏性质。使用PACKMOL进行初始模型构建后,在4个不同温度下进行了常规分子动力学模拟。模拟得到了6种不同头基的亮氨酸拉链脂肽的分子内氢键和分子间氢键随温度的变化关系,并使用MM/GBSA方法得到了各个亮氨酸拉链的结合自由能。结合6种不同头基的亮氨酸拉链脂肽的结合自由能以及相应的转变温度,拟合得到了两者的关联式,据此可以经由亮氨酸拉链结构的结合自由能得到对应的转变温度,大大简化了亮氨酸拉链的设计,对相应脂质体的开发有重要意义。(4)作者对空白脂质体DPPC以及嵌入亮氨酸拉链二聚体的脂质体DPPC进行了分子动力学模拟,使用PACKMOL工具进行初始模型的构建,并选择了转变温度最为突出的两条链ALA链以及C3CO链的二聚体结构嵌入脂质体DPPC中,在4个不同温度下进行常规分子动力学模拟。通过与空白脂质体DPPC的比较,发现嵌入了亮氨酸拉链结构二聚体的脂质体的相转变温度会随着加入亮氨酸拉链的不同而变化,说明了亮氨酸拉链结构对于该新型脂质体具有控制作用,意味着在进行该新型亮氨酸拉链型温敏脂质体的设计时,只需对亮氨酸拉链结构进行修改就可以实现改变脂质体相转变温度的目的。
【图文】：

癌症,占比,人口,身体机能

图１．１癌症人口占比图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃａｎｃｅｒ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ逡逑癌症泛指所有的恶性肿瘤，是一种由于癌细胞非正常生长并扩散至位造成身体机能显著下降的恶性疾病［１＿３］，此种恶性疾病的频发严重

癌症,现状

逦癌症人口逡逑■其他国家■中国逡逑图１．１癌症人口占比图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃａｎｃｅｒ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ逡逑癌症泛指所有的恶性肿瘤，是一种由于癌细胞非正常生长并扩散至身体其他逡逑部位造成身体机能显著下降的恶性疾病［１＿３］，此种恶性疾病的频发严重威胁着人逡逑类的身体健康１４４］。逡逑中国国家癌症中心于２０１７年２月发布了一份最新的中国癌症数据报告＆８］，逡逑大量的癌症数据统计显示：在中国，每天约有１万人被确诊为癌症，平均每分钟逡逑就有７人确诊而其中每年约有２８１４２００例死亡，平均每分钟就有５个病例逡逑死亡。逡逑伴随着老龄化加剧、生态环境严重破坏、生活方式不健康及食品安全问题突逡逑显的激增，我国肿瘤发病率多年持续攀升，，己成为一个必须重点关注的公共卫生逡逑问题乃至社会问题。根据国际癌症研究署预测［１｜］，今后２０年，我国癌症的发病逡逑数和死亡数仍将持续上升。逡逑
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.1

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