蛋白激酶在生物体内诸多重要的生理活动过程中扮演了重要的调控角色,例如细胞的增殖、分化、代谢、衰老以及死亡等,它也是新药研发尤其是抗肿瘤药物研发的重要靶点。通过专一的抑制剂和蛋白激酶结合从而调控蛋白激酶活性有益于诸如癌症等重大疾病的治疗。目前以蛋白激酶为靶点开发高效的选择性抑制剂药物成为新药研究的热点。激酶抑制剂根据它们与激酶作用的方式分为可逆抑制剂和不可逆抑制剂,其中不可逆抑制剂是一种共价结合抑制剂。根据它们是否占据ATP结合位点,又可分为ATP竞争性抑制剂和变构抑制剂;ATP竞争型抑制剂已经研究得比较透彻,目前激酶变构抑制剂是新药研发的热门领域。在以往的研究中,研究人员往往热衷于研究某一类激酶抑制剂对激酶的具体作用,或者从特定靶标激酶出发设计潜在的激酶抑制剂分子。与之相对的是,本工作在整个激酶变构抑制剂层面开展综合性研究,以期通过对大量已知变构抑制剂/激酶靶标复合物结构数据系统分析获得抑制剂介导激酶变构调节的通识性分子结构信息。我们首先对蛋白质结构数据库(PDB)中近十万个晶体结构数据进行了全面自动搜索,从中获得了数千个小分子抑制剂结合的激酶结构,进一步对其逐一加以手工检索,观察抑制剂结合的激酶结构并加以分类,采用分子图形学软件观察小分子变构抑制剂和激酶相互作用模式和结合口袋特征,确定结合口袋位置并统计口袋氨基酸残基类型,并人工加以归类分析。最终我们总共在PDB数据库中明确确定了小分子变构抑制剂共计107个,其可根据靶标激酶类型分为两个大类,即酪氨酸激酶大类35个和丝氨酸/苏氨酸激酶大类72个。根据激酶的命名可进一步将酪氨酸激酶大类分为6个小类,将丝氨酸/苏氨酸激酶大类分为8个小类。通过分子图形学检视初步观察到变构抑制剂在蛋白激酶结构域上的结合口袋位置可以按空间区分为五类,其中有四类部分重叠于激酶活性位点或分布于活性位点附近,并通过局部激酶结构元素直接影响活性位点的构造,从而实现变构调节抑制之目的;最后一类则远离活性位点,通过调节激酶整体构象来间接影响活性位点的构造,从而实现变构调节抑制之目的。进一步深入分析表明,远离活性位点类型可进一步根据具体抑制剂结合口袋定位分为两个亚类。为了更进一步了解小分子变构抑制剂和激酶之间的相互作用模式以及抑制剂结合对激酶构象的影响方式,我们又收集了大量未结合抑制剂激酶的空载结构或者仅结合了普通ATP竞争型抑制剂的激酶结构(非变构抑制剂结合结构),并采用最小二乘法将结合和未结合变构抑制剂的激酶结构加以空间叠合,并逐一比较了二者之间的构象差异,特别关注变构调节对抑制剂结合口袋以及激酶活性位点的影响情况。在此基础上,系统探讨变构抑制剂调节激酶构象变化以及活性抑制的分子机理。我们发现:I型变构抑制剂部分占据了ATP结合位点,并没有对激酶的整体结构产生明显的影响,这是因为它以DFG-in的方式与激酶活性构象相结合,一方面调节激酶活性位点的局部构造,另一方面部分阻止了ATP分子的进入,因此可以视为一类介于变构调节和ATP竞争的抑制类型,或称为部分变构抑制剂;II型变构抑制剂结合DFG-out状态下的未激活激酶,其能够显著改变激酶局部构造,当它结合到ATP活性位点附近后,使得活性位点N-lobe的P环向C-lobe方向移动并使C螺旋向C-lobe外侧位移,促使激酶活性位点进一步扩大形成额外的抑制剂结合口袋。III型变构抑制剂主要调节活性位点附近的C螺旋定位,除此之外还有部分类似于II型变构抑制剂的特征;IV型变构抑制剂改变的是激酶C-lobe区域的氨基酸残基局部构象,并进一步间接影响到激酶活性位点的细微构造特征;V型变构抑制剂通过两个或者两个以上的抑制剂分子同时和激酶不同区域结合来协同发挥作用,这种方式往往能对激酶整体构象以及活性位点构造产生显著效应。除此之外,我们还利用一些结构生物信息学工具对去除了变构抑制剂结合的激酶结构进行了经验优化,以期获得未结合变构抑制剂的理论激酶结构类型,并将之逐一与结合了抑制剂的激酶分子加以叠合,再将优化后的叠合图与含有空结构的叠合图进行对比,发现两者的结果基本一致。基于以上的研究,我们不仅对变构激酶抑制剂和激酶之间的结合模式以及变构调节方式有了一个更加全面的认识,而且还发现了一些比较新的变构抑制剂作用方式和结合口袋定位,在此基础上对变构抑制剂加以了详细分类,并在结构水平系统探讨了不同类型变构抑制剂调节激酶变构抑制的分子机制。该工作可以为未来新型变构激酶抑制剂药物的开发提供有益帮助。