肥胖(obesity)是由于体内脂肪过量堆积引起的慢性疾病,是导致2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)的主要因素。T2DM是由于胰岛素抵抗或胰岛素分泌相对不足引起的慢性疾病。研究表明,肥胖和T2DM密切相关:一方面肥胖是导致T2DM的主要因素;另一方面T2DM会加剧肥胖程度,加深肥胖并发症的风险。T2DM和肥胖并发症严重影响现代人的生活质量和寿命。如何防治这两种疾病已引起全世界的高度关注。现有治疗手段无法有效降低患病率和死亡率,因此,发现新的与肥胖和T2DM相关的药物靶点对于防治这两种疾病具有重要的意义。胰淀素受体(Amylin Receptors,AMYRs)能同时发挥降糖和减重insulin autoimmune syndrome的生理作用,因此在治疗肥胖和T2DM方面具有良好的前景。胰淀素和鲑鱼降钙素(salmon calcitonin,s CT)能作用于AMYRs,产生降低血糖和减轻体重的效果,且现有药物如卡格列肽、KBP-042等分别基于上述两者改造得到,因此探究两者与AMYRs之间的作用机制,对于开发治疗肥胖和T2DM的药物有重要价值。分子动力学模拟已成功地运用于探究药物与靶标作用机制的预测及活性评价。在本工作中,我们从结合热力学和解离动力学两方面探究鼠胰淀素(rat amylin,r Amy)和s CT与III型胰淀素受体(Amylin3 Receptors,AMY_3R)之间的作用机制及关键残基,并基于此进行多肽序列优化。本论文主要包括三个方面的工作:第一部分,为了探究AMY_3R与多肽激动剂(r Amy和s CT)作用的热力学机制,我们首先使用分子动力学模拟、残基能量分解和丙氨酸扫描突变的方法识别了多肽(r Amy和s CT)与AMY_3R作用的的关键残基。结果显示,AMY_3R的W79、S129、N135、Y146、L291、V293、E294、W361、H377等,r Amy的A8、Q10、R11、L12、A13、N14、L16、R18等,s CT的V8、L9、L12、Q14、E15、L16、H17、L19等为关键残基。随后,通过主成分分析、静态网络分析和氢键占有率分析等探究作用模式,结果显示,多肽(r Amy和s CT)与AMY_3R分别能够形成广泛的氢键作用和稳定的盐桥与π-π堆积作用,如Q10~(r Amy)-L291、Q14~(s CT)-V293/E294等形成氢键,K11~(s CT)-E294、R18~(r Amy)-E294等形成盐桥,Y37~(r Amy)-W79和Y22~(s CT)-Y41形成π-确认细节π堆积作用。这些关键残基和相互作用的识别,为靶向AMYRs的药物筛选以及基于多肽(r Amy和s CT)为模板的多肽序列优化提供了良好的结构基础。第二部分,为了探究AMY_3R和多肽(r Amy和s CT)作用的动力学机制,我们使用随机加速分子动力学模拟预测多肽(r Amy和s CT)的解离路径,结果显示它们从螺旋1和2之间离开结合口袋前往膜外。随后通过拉伸分子动力学模拟探究多肽(r Amy和s CT)解离时中间态的关键残基和作用机制以及解离过程的平均力势。结果显示,AMY_3R的W79、S129、N135、Y146、L291、V293、E294、W361、H377等,r Amy的A8、Q10、R11、L12、F15、L16、V17、R18等,s CT的V8、L9、G10、K11、L12、L16、H17、L19等为解离时关键残基,并通过形成氢键、盐桥和π-π堆积作用阻碍多肽(r Amy和s CT)从AMY_3R的解离,如N14~(r Amy)-E294、V8~(s CT)-H377等形成氢键;R18~(r Amy)-D97、K11~(s CT)-E294和E15~(s CT)-K141形成盐桥,Y37~(r Amy)-W79和Y22~(s CT)-Y41形成π-π堆积作用。第三部分,r Amy存在一些不足之处,例如活性较低、稳定性较差、半衰期较短,这些缺点限制了它的应用。因此采用随机突变和分子动力学模拟的方法对r Amy进行序列优化,以得到稳定性高、亲和力强的多肽激动剂。首先,对r Amy中部α螺旋区域进行随机突变,然后计算突变能并进行毒性预测,初步筛选出27条突变型多肽。然后,对这27条多肽进行100 ns分子动力学模拟和模拟轨迹的分析,评价它们的稳定性,并挑选出了8条稳定性高的多肽。最后对这8条肽进行300 ns分子动力学模拟并计算结合自由能,结果显示在计算水平上这8条多肽亲和力均强于野生型r Amy。我们通过对多肽稳定性和亲和力评价,最终筛选出A8L、Q10D、Q10N、A13D、A13M、A13Y、N14F和L16I这8条多肽。综上所述,本文从结合热力学和解离动力学两方面探究多肽(r Amy和s CT)与AMY_3R之间的作用Canagliflozin化学结构机制以及关键残基,并对r Amy进行了序列优化,为肥胖和T2DM药物研发提供理论基础。