炭疽毒素是炭疽芽孢杆菌Bacillus anthracis的主要毒力因子，包括三个组分：保护性抗原PA，致死因子LF，水肿因子EF。目前发现两种炭疽毒素受体：肿瘤内皮细胞标志抗原8(TEM8)和毛细血管生成蛋白2(CMG2)。这两个受体在其胞外区都具有vWA结构域，其中60％的序列保守。抑制PA与受体的结合可有效地阻断炭疽毒素。炭疽病发展到晚期，在毒素大量释放后单靠抗生素治疗达不到效果，此时毒素抑制剂显得尢为重要。受体类抑制物，比如哺乳动物细胞表达的CMG2 vWA结构域已被用于炭疽抗毒剂的研究。　　 本工作通过X射线衍射解析了高分辨率(1.7A)的ATR/TEM8vWA结构域晶体结构。结构显示1个晶格中包括6个TEM8vWA结构域分子。在这个六聚体中，配基结合的MIDAS序列位点被邻近的单体所封闭，显示此六聚体分子没有活性。另外，凝胶过滤层析以及超速离心沉降实验表明溶液中TEM8以单体存在。这样，观察到的六聚体形式可能是由于晶体堆积造成的假象。　　 TEM8的晶体结构与CMG2的vWA结构域高度相似，同样以经典的α/β开放式片层折叠结构（又名二核苷结合折叠，或Ros smann折叠，或双重缠绕折叠）存在。值得注意的是有一个乙酸根离子与CMG2结构中的类似离子以同样的方式模仿PA的D683侧链占据MIDAS位点。此乙酸根离子，以及S52，S54，Tl18和两个水分子与Mg2+进行螯合，表明解析的TEM8具有Mg2+螯合的保守的MIDAS基序，且以开放构象存在，　　 以此结构以及PA-CMG2复合物晶体结构(PDB1T6B)，通过叠合和分子替换构建了PA-TEM8复合物的结构模型。经过溶剂化和能量优化，得到了PA分别与两种受体在溶液中的复合物结构模型。通过分析和比较，模型显示PA与两种受体间的相互作用在以下几处高度保守：PA D683，N682与受体的MDAS基序S52，S54，T118的相互作用；以及受体Y119，K51与PA的相互作用。在56，88，113，115，156（按TEM8序列）处两模型有明显的不一样，显示可能受体与PA的结合在这些地方有所差异。　　 对TEM8上同源于PA-CMG2结合界面上的CMG2相关残基进行同源扫描替换，经大肠杆菌表达和对可溶组分的纯化，得到的突变体在J774A.1细胞上检测了其炭疽致死毒素攻击的保护活性。L56A突变体活性增强到野生型的4倍，而E155G增强不到一倍，L56A与E155G的联合突变体增强了大概6倍的活性。与之对比，H57N，R88Q，L157V,F158P等点突变的保护活性均有下降。用表面等离子共振技术检测了这些突变体与PA的亲和力，其变化趋势与细胞实验的结果一致。　　 同时以抗SDS的孔道复合物形成实验检测了这些突变对PA从前孔复合物至到孔道复合物进行构象转变所需pH阈值的影响，所有单突变都没有明显的改变，而154-158的联合突变体对比野生型显示出了明显的区别，接近CMG2。　　 另外，本工作为毒素中和的细胞实验和基于受体类抑制剂的Schlid plot实验推导了一个数学模型。此数学模型将细胞实验的结果与受体与PA结合的动力学参数关联起来。运用此模型评价了TEM8突变体的L56A及E155G+L56A的亲和力，同时SPR的结果与此模型基本一致。　　 最后，以大鼠模型评价了TEM8以及其突变体L56A作为抗毒剂对炭疽致死毒素的体内中和活性。不同于前人报道，TEM8显示出良好表现，在7.5:1-3:1的摩尔比（受体：PA）能完全保护动物。而CMG2的保护活性较一致，为3:1左右。L56A能在3：1到1:1之间完全保护动物，表现优于CMG2，尽管其KD及细胞上的保护活性都低与CMG2，这可能是因为在体内存在其他配基能与CMG2作用而不结合TEM8或是其突变体，这样，CMG2作为抗毒剂就有可能导致副作用，此假设仍需要实验验证。　　 在此工作中，TEM8 vWA结构域高分辨率晶体结构的获得，以及溶液中两种受体复合物模型的构建，为进一步的分子动力学模拟研究溶液中构象的转变及分子行为以提供更多关于PA受体相互作用的细节奠定了基础，而且有助于蛋白设计以获得更高亲和力的受体突变体及选择性结合TEM8以作为肿瘤靶向载体的PA突变体。同时，证明了两种受体在56，88，155位点处与PA的相互作用存在差异，在56和155处的单位点或是联合的同源替换突变能增强TEM8的结合力，而R88Q突变削弱了TEM8的亲和力。这些发现为设计更有效的受体类抑制剂提供了研究靶点。进一步的，本工作推导的数学模型将细胞实验结果与受体的解离常数KD相关联，减少了由于不同批次间铺板细胞数及受体表达情况造成的误差，为评价受体类抑制药物提供了更精确的定量方法。本工作发现的TEM8突变体L56A，在动物实验中对炭疽致死毒素有较好的中和活性，可作为炭疽毒素抑制剂的候选药物。