人类同疟疾的斗争已有相当长的历史,但疟疾目前仍然是世界上分布和流行最广泛的寄生虫疾病之一。疟原虫耐药性的出现使得许多传统的抗疟药物如奎宁、氯喹、甲氟喹等已失去有效性。从菊科植物黄花蒿(Artemisia annua L.)中提取的抗疟药物青蒿素(QHS),一度被世界卫生组织誉为“治疗疟疾的最大希望”。但青蒿素存在着半衰期短、口服利用率低及复燃率较高的缺点,设计和合成高效低毒的青蒿素类抗疟化合物是药学和化学研究工作者备受关注的课题。纵观近年来,青蒿素类抗疟新药的研发一直处于停滞状态,其根本原因是该类衍生物的抗疟靶点不明确。药物靶点的确认是发现和设计优良药物的基础,分子对接和生物信息学相关的理论方法可以用于靶点的发现,并且不乏成功的实例。因此,本文主要围绕寻找青蒿素抗疟靶点这一主题进行生物信息学研究,将有助于青蒿素类抗疟衍生物的设计。论文第一部分综述了国内外的各种观点,讨论了青蒿素衍生物的抗疟机制。目前研究表明,青蒿素是多途径、多靶点的抗疟机制,而疟原虫体内的SERCA型钙离子调节酶(pfATP6)普遍被认为是青蒿素抗疟作用的靶点。对于半胱氨酸蛋白酶(Falcipain-2,FP2)、翻译控制肿瘤相关蛋白(TCTP)和组氨酸蛋白2(HRP2)则没有足够可靠的证据说明它们是青蒿素类衍生物的抗疟靶蛋白。在论文第二部分中,我们利用同源模建、分子对接和定量构效关系等多种方法从理论上阐明FP2、TCTP和HRP2是否为青蒿素类衍生物的抗疟靶点。在进行对接研究之前,我们首先采用同源模建的方式对pfATP6和TCTP的三维结构进行预测,并对最终模型进行合理性评价,结果令人满意。随后,在比较半经验、从头算法和密度泛函等五种理论方法对青蒿素配体几何构型优化的基础上,选用了精度和速度兼备的B3LYP/6-31G~*方法作为对接前配体的优化方法。笔者还以青蒿素和已知的靶点pfATP6为研究体系,测试了对接算法的准确性。这为下一步深入的对接和定量构效关系研究奠定了方法学基础。用Autodock程序比较研究了青蒿素、半胱氨酸蛋白酶特异性E64和脱氧青蒿素与FP2的相互作用模型,发现青蒿素与E64的对接模式类似,与无活性的脱氧青蒿素则截然不同。这些结果初步提示FP2可能为青蒿素的抗疟靶点。采用四个系列34种有代表性的青蒿素衍生物进一步研究与FP2形成的复合物模型。对接结果显示,所有的配体分子都采用了比较相似的构象与FP2结合,且结合自由能与抗疟活性线性相关。在此基础上,建立结合自由能与小分子多种描述符之间的定量构效关系模型。QSAR模型提示,对青蒿素的取代基进行修饰使其支化度增加,可以提高抗疟活性。另外,与FP2形成的氢键越多,过氧键所带的电荷越负,越有利于抗疟活性的提高。分子量增大,反而会降低抗疟活性。所得的模型不仅稳定显著,而且具有很好的外部预测能力。以分子对接模型为指导,结合构效关系的结果,确定FP2为青蒿素及其衍生物的另一抗疟靶点。我们还探讨了青蒿素和FP2作用的活性中间体,初步推测仲碳自由基可能为QHS-FP2酶促反应的中间体。将青蒿素及其34种衍生物与TCTP进行对接,配体的结合模型不仅没有表现出规律性,而且距离TCTP的关键残基Cys14较远,不存在成键的可能性。鉴于此,推测TCTP不是该类衍生物的抗疟靶点。结论的正确性有待于进一步的论证。另一蛋白HRP2与所有的青蒿素衍生物对接则一致结合在同一空腔内。由于HRP2缺乏结构方面的活性位点信息,这部分研究尚不完善,仍有较大探索空间。但对接研究得到青蒿素抑制HRP2的理论抑制常数与实验值几乎逼近,这点可以说明对接方法的可信度和合理性。由于恶性疟原虫的全基因组已经测序完成,故本文第三部分将青蒿素的靶点研究扩展到全基因组水平上,从同源蛋白和信号通路两方面充分挖掘已有的生物信息学资源,以期获得有价值的青蒿素抗疟靶点。同源蛋白搜索、生物信息学分析和同源模建综合运用,结果发现,青蒿素的理论抗疟靶点FP2存在着两个高度同源蛋白FP2B和FP3。它们不仅一级序列相似,而且结构域和三维结构都高度保守。比较分析三个同源半胱氨酸蛋白酶与青蒿素的作用模式,发现青蒿素均能结合在不同受体的活性口袋,且结合作用能相当。从全基因组水平来看,青蒿素难以选择性地抑制疟原虫体内同源的三种半胱氨酸蛋白酶。由此提示,今后的青蒿素类抗疟药物筛选和设计要从半胱氨酸蛋白酶家族的抑制作用考虑。信号通路是生物体对外界刺激做出反应的物质基础,我们最后以信号通路为背景,探索性地研究青蒿素可能的抗疟靶点和作用的信号通路。整理搜集了8种信号通路上关键的蛋白酶与青蒿素进行对接,初步判断嘌呤核苷磷酸化酶(pfPNP)、肽脱甲酰基化酶(pfPDF)和核糖-5-磷酸异构酶(pfRpiA)可能为青蒿素的抗疟靶点。青蒿素可能干预的信号通路有:嘌呤代谢、嘧啶代谢、蛋氨酸代谢、乙醛酸和二羧酸代谢及磷酸戊糖途径。