摘要
阿片受体是A类G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）中的一种，主要通过变构将胞外区的内源性配体（阿片肽、吗啡或衍生物）结合信号传递到胞内区，引发与胞内区效应蛋白的偶联，从而介导镇痛反应。δ阿片受体(opioid receptor，DOP)是阿片受体中的一种，不仅与疼痛控制有关，还对情绪控制起重要作用，这使得DOP成为有吸引力的治疗靶点。然而，目前人们对其变构机制，以及负责结构稳定和变构信号传导的关键残基尚不完全清楚。在本文中，为了探究DOP的结构动力学和变构关键残基，我们做了以下的工作: (1)首先构建了基于分子动力学(molecular dynamics，MD)模拟轨迹数据的高斯网络模型(fcfGNMMD)，以MD系综残基涨落的协方差矩阵为基础，通过逆协方差矩阵估计来优化高斯网络模型（Gaussian network model，GNM）的力常数。结果表明，fcfGNMMD在重现残基涨落、运动相关性以及捕获功能性低频运动模式方面比采用一致力常数的传统GNM具有更好的性能。 (2)使用构建的fcfGNMMD探索DOP的动力学特性。结果发现模型获得的最慢运动模式下的涨落可以很好地划分DOP的结构片段，并识别两个钠离子（重要的变构调节剂）的配位壳层;最快运动模式下涨落的峰值残基是对DOP结构稳定起重要作用的关键残基。残基间功能性运动耦合分析揭示了DOP中一些与其功能发挥有关的相互作用片段。 (3)利用fcfGNMMD并结合动态微扰响应方法，我们探索了DOP的变构特性以及与钠离子结合相关的关键残基。经过分析，损耗功的变化与蛋白质的柔性变化相一致，从而识别出DOP的变构关键残基。另外，通过逐个微扰钠离子结合位点，不仅识别到了其他钠离子结合口袋中的关键残基，还识别到了远离扰动位点的关键残基，这些残基参与了DOP与配体的结合。以上结果表明钠离子的结合对于DOP与配体的结合可能存在远距离变构调节作用。 (4)构建DOP的加权氨基酸网络(amino acid network，AAN)模型，其中边的权重来自fcfGNMMD获得的低频运动模式下残基间的动力学交叉相关性。之后，利用该模型识别了功能性关键残基。结果发现，具有高的度中心性的残基对蛋白质稳定性具有重要作用，有趣的是其中部分残基在最快运动模式下具有高的涨落值。最后，结合扰动方法发现节点删除后对整个网络特征路径长度影响较大的残基对变构信号传递起关键作用。 本文探索的DOP的结构动力学以及关键残基在实验和理论研究中得到验证，因此这项工作有助于加强对DOP变构通信机制的理解，并可以为基于结构的药物设计提供有价值的信息。
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