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程序性细胞死亡蛋白1(PD1)及其同源配体程序性死亡配体(PDL)调控的信号通路在抗癌药物的研究中引起了广泛的关注。肿瘤细胞中PD1配体的过度表达抑制了机体的免疫系统,阻止免疫系统杀死肿瘤细胞。因此,阻断PD1与其同源配体的蛋白-蛋白相互作用(PPI)是肿瘤抗体免疫疗法治疗的基本思路之一。目前,FDA已经批准了几种靶向PD1/PDL1的药物(如Nivolumab和阿替唑单抗),并有许多其他药物正在进行临床研究。不过,值得注意的是,所有这些药物(候选药物)都是单克隆抗体。与小分子药物相比,单克隆抗体具有固有的缺点,如:(1)不能口服;(2)不易透过肿瘤组织和生理屏障;(3)免疫原性高;(4)半衰期长,药代动力学不易控制;(5)需要冷链运输;(6)费用昂贵。无疑,开发针对PD1通路的小分子抑制剂具有重大的价值。遗憾的是,在肿瘤免疫治疗领域,小分子药物的发展远远落后于单克隆抗体药物,截止目前,还没有小分子抑制剂被FDA批准。之所以小分子抑制剂设计如此困难,原因可以归结为两方面。其一,对PD1/PDL的作用机制缺乏足够的认识。虽然近年来,已经获得了PD1单体以及PD1/PDL1复合物的结晶。但是,PD1的另一个同源配体PDL2的晶体却一直没有被解析出来。近年来,已经有一些针对PD1/PDL1复合物的构象动力学理论模拟研究。但是由于PDL2晶体缺失,针对PDL2单体以及PD1/PDL2复合物的分子模拟研究严重缺乏。然而,了解PD1与PDL1/L2的相互作用机理对于小分子靶向PD1通路的研究具有重要意义,因此有必要从分子水平上研究PD1与PDL1/L2的相互作用。其二,PD1/PDL的作用属于PPI,其相互作用界面大,疏水而平坦,缺乏合适的对接位点,传统的药物设计方法收效甚微。如何找到适合的对接位点,以及如何优化现有药物设计方法,设计出针对PD1的高亲和力小分子抑制剂具有重要的意义。综上所述,本论文主要分为四个章节,第一章主要阐述了PD1,PDL1,PDL2的结构特征。此外,还对论文中用到的MD,MM/GBSA等计算方法和流程进行了具体的介绍。第二章,阐明PD1与PDL1(L2)配体的结合机制。我们发现PD1/PDL1(L2)复合物的诱导-契合结合机制的巨大差异,并分析了热点残基,为进一步设计小分子抑制剂提供了指导。第三章,主要陈述理性设计具有高亲和力的小分子抑制剂。首先,我们结合前面的机制分析,应用分子动力学模拟方法,发现点PD1蛋白的C’D loop能够与C’片层形成一个稳定的口袋,该口袋具有不错的深度和空间,适合作为对接起点。其次改良了基于片段的药物设计方法,以20个通常氨基酸为片段,以靶标停留时间,结合自由能,几何匹配度三项综合打分,设计出了具有全新骨架的高亲和力的小分子苗头化合物。第四章,总结了本研究的特色和创新点,并指出了不足之处。