自1981年6月世界发现首例艾滋病患者至今,已有2500万人死于由HIV病毒引起的疾病。2000年以来,尽管全球范围内的艾滋病传播已基本稳定,但每年仍有极高的HIV感染率和AIDS死亡率。联合国艾滋病报告显示,2007年全世界有大约3300万HIV感染者,约200万人死于艾滋病[1]。历经20多年的研究,HIV病毒仍然是疫苗研发的难点,因此目前的艾滋病治疗主要依赖于抗HIV化学药剂的研究。高效抗逆转录病毒疗法(鸡尾酒疗法,HAART)联合使用几种抗HIV药物(通常为3～4种),已经在临床治疗中取得了极大成功。但是长期使用的毒副作用和耐药性的出现使这种方法的疗效受到限制。HIV病毒生活周期历经若干个阶段,暴露出多个药物设计的靶点。近年来,阻止病毒进入宿主细胞的HIV进入抑制剂引起了医药研究界的广泛关注。其中,T-20 (又名Fuzeon)已经在2003年由FDA批准用于临床治疗。计算机辅助药物设计(CADD)作为一个迅速发展的新领域,能够结合最新的数据和技术,提供多种方法及途径,以满足药物研发的需求。CADD的应用目前已经贯穿药物研发的全过程,为提高这一产业的生产率做出了巨大贡献。计算方法的使用不仅实现了高效的药物开发和先导化合物优化过程,而且能为研究药物与靶标的相互作用提供重要信息。本论文结合CADD方法,围绕两个主要研究目标展开工作:一,研究HIV-1进入抑制剂的作用机理和结构特征;二,进一步设计,合成并测试新的HIV-1进入抑制剂。本论文的研究工作概括如下:(1) HIV-1跨膜蛋白gp41与抑制剂NB-2和NB-64的结合模式研究NB-2和NB-64是最近发现的两种氮-取代吡咯衍生物,能够干预HIV-1 gp41六螺旋结构的形成从而抑制病毒与细胞的膜融合过程。揭示这两个抑制剂与gp41的结合模式可以为设计HIV-1融合抑制剂提供重要信息。采用分子对接,分子动力学(MD)模拟和MM-PBSA/MM-GBSA分析方法预测NB-2和NB-64与gp41疏水口袋的结合模式与作用机理。分子对接采用多种受体构象,并从结果中选取几种可能的结合模式进行MD模拟,然后通过MM-PBSA计算结合能的方法识别最优的结合模式。MM-PBSA计算结果表明,范德华相互作用是结合的主要驱动力,而极性相互作用决定了配体在结合过程中的取向。进一步的结合能分解显示,配体的羧基与gp41残基Arg579的静电相互作用对结合有重要贡献。本工作为进一步优化氮-取代吡咯衍生物类的HIV-1融合抑制剂建立了良好的出发点。(2)合理设计与合成新的HIV-1融合抑制剂基于所预测的NB-2与gp41疏水口袋的结合模式,我们采用一种从头药物设计方法(LeapFrog)改造NB-2的结构,旨在设计新型有效的gp41选择性抑制剂。共设计了103个化合物,并用分子对接预测这些化合物的结合模式与结合能力。这些化合物具有已知gp41抑制剂所没有的结构特征,并且大部分化合物的结合自由能都比NB-2低。利用从头设计的结果为指导,我们设计了一组新的作用于的gp41抑制剂,并已合成和测定了其中七个。在体外实验中,这七个新化合物能够一定程度地抑制gp41六螺旋结构的形成。目前其它化合物的合成还在进行,有望得到具有较高活性的化合物,以用作先导化合物,进行进一步研究。(3)吡咯烷类CCR5拮抗剂的三维定量构效关系分析为研究CCR5拮抗剂的结构-功能关系,我们选用一系列1,3,4-取代的吡咯烷类CCR5拮抗剂构建CoMFA(比较分子立场分析)模型。从中挑选72个结构和活性有较大差异的化合物作为训练集分子用于CoMFA模型的构建。首先用两种叠合规则将这些分子进行叠合:公共结构叠合和力场叠合。然后用偏最小二乘回归法(PLS)对这两组叠合结果进行分析,分别构建CoMFA模型。对这两种模型采用区域聚焦方法消除噪音,得到另两个模型。选用另外39个此类化合物作为测试集对所购建的四个模型进行测试。公共结构叠合方法经区域聚焦后得到的CoMFA模型显示出最好的统计特性和预测能力:常规相关系数r2 = 0.952,交叉验证系数q2 = 0.637,测试集进行活性预测的相关度为R = 0.785。该模型的等高线图将这些拮抗剂与CCR5结合的关键的立体和静电特征可视化,模拟显示出可能的受体-配体相互作用。本工作能够为这类CCR5拮抗剂的结构改造提供有用线索。本论文采用基于受体和基于配体的CADD方法,以在病毒进入细胞过程中起关键作用的HIV-1蛋白gp41和CCR5趋化因子辅助受体为研究对象,获取用于药物设计的细节信息。所设计的新的gp41抑制剂经实验证实具有活性。本工作有助于进一步开发阻止HIV进入细胞过程的药物。