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众所周知，蛋白结构和功能是密切相关的。目前上市的药物，包括小分子药物、多肽药物、大分子蛋白药物都是通过与药物靶标蛋白结合，影响靶标蛋白结构和信号通路发挥药理药效。近年来，结构生物学（Structural Biology）的飞速发展，使得靶标—药物的关系清晰地被阐明，它的主要目的是获得构成活体细胞的各种生物大分子组件的高分辨率三维结构信息，阐明生物大分子的作用机制和原理。但由于其实验条件苛刻，技术要求高尤其是学科差异化的缘故，多数科研单位没有相关平台。因此，限制了大部分科研单位深入研究靶标和药物之间的相互作用关系，影响了后续科研的进程，而分子对接技术的出现有望为普通科研单位提供一条“捷径”。 分子对接就是两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的过程，即可通过分子对接确定靶标和配体正确的结合模式和结合强度。 结构生物学的快速发展为分子对接技术奠定了基础。如今，分子对接技术已成为药物设计、药理学、分子生物学等领域中极为重要的辅助工具。简单来说，在通过调研已知一个靶点的三维结构之后，如何预测一个小分子或多肽是不是有潜在的药效？或者已经通过药理及分子生物学实验初步得知药物（某小分子或多肽）的疗效及靶点后，如何进一步明确靶点的准确性或者形象的解释呢？对于小编这样的药物设计工作者来说已非难事。用行话讲，就是先docking一下，即分子对接预测一下；然后再计算一下结合自由能，即计算氢键相互作用、范德华相互作用、静电相互作用等。能够形象且科学地揭示作用机制，阐明靶点-配体相互作用关键位置和关键氨基酸残基，不仅提高了研究的深度，而且使数据更加形象化美观化，投稿也更受审稿人青睐，且看下文案例分解！
案例介绍：某化合物靶向5-LOX作用机制研究 脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)是含有非血红素铁离子的双加氧酶，广泛存在于需氧生物中。LOX可分为1-LOX、3-LOX、5-LOX、8-LOX、12-LOX以及15-LOX等，而5-LOX是其中最重要的一种，当炎症因子刺激机体时，被激活的胞浆型磷脂酶A2(cPLA2)促使膜磷脂释放花生四烯酸（AA），此时前体化合物AA会经过5-LOX途径最终产生白三烯类(LTs，属于重要的炎症介质，参与了许多疾病如动脉粥样硬化、心血管疾病、心脏病等病理生理过程)。在AA被5-LOX转化过程中，5-LOX激动蛋白（FLAP）起到了至关重要的作用，它可结合底物AA，并将其转移给5-LOX，决定了LTs的产生与否。 综上所述，干扰LTS的合成可通过抑制cPLA2, 5-LOX或是竞争结合FLAP这3种方式。据文献报导，1,4-苯醌类化合物是著名的5-LOX抑制剂，但其抑制5-LOX的分子机制始终未被探究清楚，于是作者就以RF-Id（1,4-苯醌类化合物的衍生物，图1）为例，来探究1,4-苯醌类化合物的作用机制。 图1. RF-Id的结构 首先，作者利用生物实验研究RF-Id是通过抑制cPLA2, 5-LOX还是竞争结合FLAP来发挥作用。在确认RF-Id与cPLA2，FLAP的关联不大后，作者便继续研究其抑制5-LOX的作用机制。 5-LOX抑制剂可被分为4类：1还原型抑制剂，可干扰活性位点铁离子的还原2可螯合铁离子的抑制剂3竞争型抑制剂，与AA/脂肪酸氢过氧化物相竞争4新型抑制剂，具独特的作用机制。 显然，RF-Id不能与铁离子螯合，故可排除2；那么它可能是还原型抑制剂吗？若为还原型抑制剂，它对同为非血红素铁双加氧酶家族的12-LOX，15-LOX应该也有较强的活性。于是，作者又对此进行了研究，发现RF-Id对12-LOX，15-LOX没有抑制作用，所以RF-Id也不是还原型抑制剂。那么，它到底是竞争型抑制剂还是有独特的作用机制呢？ 通过相关生物实验数据和分子对接，研究者终于发现了其中奥妙。那么，让小编带领大家了解下部分研究细节吧[1]！ 从图2左图可知，RF-Id对5-LOX的生物活性较高，且外源性AA的浓度对RF-Id活性影响不大，说明RF-Id并非通过抑制cPLA2或是竞争结合FLAP来发挥作用。 从图2右图可知，RF-Id仅对5-LOX有较好的抑制作用，对12-LOX及15-LOX并无明显作用，所以其并非还原型抑制剂。 图2.体内外RF-Id抗炎活性评价。（A）AA即花生四烯酸，为5-LOX的底物，纵坐标为5-LOX产物，横坐标表示RF-Id浓度； RF-Id对5-LOX，12-LOX，15LOX的选择性评价
在得到了实验方面数据之后，问题来了，RF-Id到底是怎么发挥作用的呢？且看分子对接助力实验结果，为科研画龙点睛！ 基于5-LOX的晶体结构，研究者利用分子对接技术进一步验证了之前的判断。如图3所示，RF-Id的疏水环（橙黄色部分）充满了铁离子运动的疏水通道（AA被氧化之处），其羟基化的苯醌结构则分别与Gln557, Tyr181, His367及H2O855形成了氢键，进一步稳定了RF-Id与5-LOX的结合，与之前的实验结果相吻合。打个简单的比喻，5-LOX好比一把锁，花生四烯酸是钥匙，进入锁内转动才能发挥作用，现在RF-Id就像502胶水，牢牢堵住了5-LOX的锁洞，导致AA无法发挥作用。 图3.RF-Id的对接构象 结合实验和分子对接，研究者发现RF-Id对5-LOX具有良好的活性，且其并非通过抑制cPLA2、竞争结合FLAP、干扰铁离子还原、螯合铁离子来实现，而可能是通过插入5-LOX的活性位点中的疏水通道（为竞争型抑制剂），并与几个关键氨基酸形成重要氢键来起到抑制作用。分子对接在本研究中形象揭示了这一作用机理，为该研究做了一个画龙点睛。
1.Schaible, A.M., et al., Elucidation of the molecular mechanism andthe efficacy in vivo of a novel 1,4-benzoquinone that inhibits 5-lipoxygenase.Br J Pharmacol, 2014. 171(9): p.2399-412.
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