血小板黏附到受损的血管壁上,是止血与血栓形成中的重要过程。血小板的黏附是一个多步骤的级联过程,其中包括附着黏附,滚动黏附以及稳定黏附。并且血小板在不同的黏附阶段由不同的受体和配体间的相互作用所介导。血管性血友病因子(von Willebrand Factor,vWF)与血小板受体GPIb间的相互作用,介导着血小板的附着黏附以及滚动黏附过程。vWF/GPIb的反应在血小板初始黏附阶段起着非常重要的作用。vWF的活性,与其分子大小有关。血管性血友病因子水解蛋白酶ADAMTS-13(A disintegrin and metalloprotease with a thrombospondin type 1 motifs 13)通过酶切vWF A2结构域中心的Tyr1605-Met1606肽键,对vWF的大小进行调节,从而调节vWF的黏附能力。如果vWF发生了突变,则可能引起其浓度,结构或者功能上的缺陷,而造成以出血紊乱为特征的血管性血友病,vWD (von Wellibrand Disease)。另一方面,如果ADAMTS-13发生了突变,或者由于自免疫抗体的存在,则也可能引起其数量上和功能上的不足,而导致具有生命危险的血栓性血小板紫癜(Thrombotic Thrombocytopeinic Purpura, TTP)的形成。血小板的黏附,ADAMTS-13与vWF的结合及酶切,均在血流环境中发生,受到血流动力学因素的调控。本论文利用原子力显微镜技术(Atomic Force Microscopy, AFM),流动腔技术(Flow chamber)和数学模型,围绕着“ADAMTS-13与vWF结合与酶切的力调控机制”这一力-化学耦合的热点问题进行了研究。首先,我们利用AFM研究了ADAMTS-13与vWF中重要的多肽A1A2A3三联体间结合的力学调控机制。然后,我们利用AFM对A1A2A3施加一定的拉力,使其结构失稳,研究了ADAMTS-13对A1A2A3进行酶切的力学调控机制。最后,我们建立了数学模型,模拟了细胞(血小板)在粘性流体中近壁面的运动过程,考察了水动力学因素对血小板黏附的影响。我们发现,ADAMTS-13上至少包含着A1A2A3的两个结合位点,一个在DelCUB部分,该结合位点与A1A2A3的反应是Ca2+依赖的;另外一个在ADAMTS-13 C-端的CUB部分,该结合位点与A1A2A3的反应不依赖任何二价金属离子。有趣的是,DelCUB上的结合位点与A1A2A3的结合会抑制CUB上的结合位点与A1A2A3间的结合。此外,我们还发现,DelCUB与A1A2A3间的分子键具有“逆锁键”(分子键寿命随着力的增加而增加)到“滑移键”(分子键寿命随着力的增加而减小)转换的特性。据我们所知,这是首次在实验上观察到酶与底物间的反应也存在着“逆锁键”的调控机制。这一机制使得ADAMTS-13与vWF间结合的时间增加,从而有利于ADAMTS-13对vWF的酶切。外力在拉伸A1A2A3的过程中,其分子的伸长量的分布,出现了20和50nm的双峰分布。短的伸长量可能是由于A1A2A3结构域间的解耦合或者是A2的部分解折叠引起的;长的伸长量则可能是A2的完全解折叠引起的。我们首次从实验上观察到,A1A2A3三联体的内部同样存在着“逆锁键”机制,以稳定其自身的结构。A1A2A3只有在其结构失稳后,ADAMTS-13才能对其进行酶切。而且,只有在A2完全解折叠,而暴露酶切位点时,酶切才会变得显著。根据单底物三分子的酶动力学模型,我们对数据进行了拟合,得到酶切率kcat=2.9/秒以及平衡解离常数Kd=5.6nM。另外,我们还发现ADAMTS-13的酶切率随着力的增加而减小。通过对细胞在近壁面运动的数学模拟,我们提出细胞与壁面间的相对滑移速度和接触面积是影响细胞流动增强型附着黏附的主要因素,而碰撞频率是次要因素。细胞与壁面的平均接触面积为0.004～0.01μm2。在接触面上,很可能只有几个甚至只有1个分子存在。本论文研究了ADAMTS-13与vWF A1A2A3结合与酶切,探讨了力学调控机理,并利用数学模型对细胞流动增强型黏附的影响因素进行了分析,这对于血小板的初始附着黏附,以及与此相关的生理和病理过程的认识,均具有重要的意义。