药物研发的过程中,分子对接对于发现和改造活性化合物非常重要。分子对接是通过计算模拟蛋白质与小分子相互作用方式的一种方法。随着计算方法的不断优化,分子对接的准确性也大大提高。因其快速和有效性,分子对接已被广泛运用到大规模筛选小分子的科学研究过程中。对于大部分的体系,分子对接都可以得到比较理想的结果。针对EV71 3C蛋白酶和PRMT5甲基转移酶两个靶标,我们使用分子对接方法成功地找到了骨架新颖的活性化合物。而登革热NS2B/NS3蛋白酶催化口袋非常平坦且极性较强,不适合使用分子对接方法进行筛选。因此,我们使用了基于配体的虚拟筛选方法。合理地选用虚拟筛选方法对于成功开发靶标抑制剂至关重要。本论文第一章首先介绍了分子对接的基本流程,接着介绍柔性对接和共价对接近期发展的进程以及需要改进的方向,最后介绍了打分函数,特别是机器学习方法在打分函数方面的应用,并将机器学习的打分函数与传统打分函数在打分能力、对接能力、排序能力以及筛选能力四个方面进行了比较。通过我们对目前分子对接方面的进展的介绍,将有助于药物设计者了解各对接软件的优缺点,根据实际需要挑选合适的对接软件。另外,也有利于进一步改进和发展分子对接软件。本论文第二章介绍了靶向EV71 3C蛋白酶的抑制剂设计以及相关生物实验验证过程。由EV71病毒引起的手足口病会使患者产生严重的神经系统并发症。EV71 3C蛋白酶是治疗手足口病的一个重要靶标。本章中,我们首先使用分子对接方法筛选得到了一个活性化合物DC07090,其IC50值为21.72μM。分子对接和动力学模拟预测了小分子的结合模式,并通过突变实验验证了结合模式的正确性。通过序列比对,我们发现与DC07090结合的氨基酸在小RNA病毒家族非常保守。抗病毒实验结果表明DC07090对EV71和CVA16两种病毒都有抗病毒活性,EC50值分别为22.09μM和27.76μM。化合物DC07090毒性比较小,CC50大于200μM。不同于现有的拟肽类和黄酮类抑制剂,我们发现的小分子DC07090骨架结构新颖,且毒性小,具有更好的研究前景。本论文第三章介绍了靶向登革热NS2B/NS3蛋白酶设计抑制剂的相关研究工作。登革热NS2B/NS3蛋白酶对病毒的复制至关重要,是研究抗登革热病毒抑制剂的主要靶标。NS2B/NS3蛋白酶催化口袋比较浅且极性较大,不适合分子对接虚拟筛选,所以采用了基于配体的虚拟筛选方法。首先进行了数据收集,将其分成训练集和测试集,建立了药效团模型ADRR261,并验证了该药效团模型的正确性。富集率测试结果表明该药效团模型对活性分子有很好的区分能力。接着,使用该药效团模型对SPECS数据库进行筛选,得到一个活性分子DC16,其IC50为14.8μM。根据结构相似性,找到了3个活性更好的化合物。实验结果表明,这四个活性化合物都能抑制登革热病毒的复制,其中DC16的抗病毒活性EC50为6.82μM。但是这类化合物具有一定的毒性,有待进一步优化改造。在本研究中,我们使用药效团模型,发现了一类具有新骨架的登革热NS2B/NS3蛋白酶抑制剂,研究成果有助于该类抗病毒药物的发展。本论文第四章介绍了靶向PRMT5抑制剂的设计及相关研究工作。蛋白质精氨酸甲基转移酶5(Protein arginine methyltransferase 5,PRMT5)在一些肿瘤细胞中过表达,抑制PRMT5成为治疗癌症的一种重要方法。首先,我们建立了分子对接的虚拟筛选模型,并测试了模型的区分能力。利用该模型,发现了一个新型骨架抑制剂DC_P33,其IC50为35.6μM。根据结构相似性,找到了14个类似物。通过分析结合模式和构效关系,进一步改造化合物。接着,合成了19个衍生物。活性最好的化合物为DC_C01,其IC50为2.8μM。实验发现DC_C01对PRMT5有较高的选择性。最后,细胞实验结果表明DC_C01对三种肿瘤细胞系Z-138、Maver-1和Jeko-1都具有抗增殖活性,其EC50分别为12.7μM、12.7μM、和10.5μM。因此,我们发现的小分子丰富了靶向PRMT5的特异性抑制剂骨架,为进一步优化和改造化合物提供了一些思路。