通过多步骤虚拟筛选、分子对接、配体效率分析及分子动力学模拟，从 Humulus scandens 中发现了抗氧化肽

《Pharmacological Research - Modern Chinese Medicine》：Discovery of antioxidant peptides from Humulus scandens by multi-step virtual screening, molecular docking, ligand efficiency analysis, and molecular dynamics simulation

抗氧化肽研究：基于计算筛选的啤酒花蛋白源PGW三肽与Keap1受体的高效结合机制探索。

　　在当今医学和营养学研究中，抗氧化活性已成为关注的焦点之一。自由基是细胞代谢过程中产生的高反应性氧含化合物，它们在生理和病理条件下均可能被生成。例如，在剧烈运动、炎症反应以及不良饮食习惯等情况下，自由基的积累可能会超出机体的清除能力，从而引发氧化应激。这种应激状态不仅会影响细胞内部结构的完整性，还可能成为多种慢性疾病的诱因，如心血管疾病、神经退行性疾病和某些癌症。因此，研究如何高效地清除自由基，维持体内氧化还原平衡，对于提升健康水平和预防疾病具有重要意义。

随着对天然产物研究的深入，越来越多的科学家开始关注植物来源的抗氧化肽。这类肽因其天然属性、低毒性和多重生物活性，逐渐成为传统合成抗氧化剂的有力替代品。合成抗氧化剂虽然在某些情况下效果显著，但其长期使用的安全性问题，如细胞毒性、基因毒性及代谢紊乱等，限制了其在功能性食品和营养补充剂中的应用。相比之下，从植物中提取的生物活性肽不仅具备良好的生物相容性，还能够在不引起明显副作用的前提下发挥广泛的抗氧化作用。

本研究聚焦于一种传统草药——Humulus scandens（HS），旨在探索其蛋白质中可能存在的新型抗氧化肽。HS作为传统中药，长期以来被用于治疗鼻塞、血尿、腹泻和皮肤感染等疾病，并被认为有助于肾脏和泌尿系统的健康。现代研究进一步表明，HS在抗炎、代谢调节和心血管保护方面也具有显著的药理作用。然而，尽管HS在药理学上的潜力得到了广泛认可，其蛋白质成分及其衍生肽的特性却尚未得到充分阐明。因此，本研究采用了一套系统化的计算方法，包括虚拟筛选、分子对接、配体效率分析和分子动力学模拟，以识别具有潜在抗氧化功能的HS肽。

在方法学上，本研究首先通过虚拟酶解技术模拟了HS蛋白质的消化过程，生成了多个不同长度的肽片段。随后，基于生物活性预测和毒理学评估，筛选出具有高潜力且非毒性的肽。其中，7种肽被认为具备良好的肠道吸收特性，最终进入分子对接和分子动力学模拟阶段。通过分子对接，研究人员发现这些肽与Keap1（Kelch-like ECH-associated protein 1）的结合能力各不相同，而Keap1是调控Nrf2氧化应激信号通路的关键负调节因子。在对接结果中，PGW（Pro-Gly-Trp）表现出了最优异的结合特性，能够通过10个氢键、1个疏水相互作用和22个范德华力与Keap1形成稳定的相互作用网络。这表明PGW在与Keap1结合时具有较强的亲和力和特异性。

进一步的分子动力学模拟进一步验证了PGW与Keap1复合物的稳定性。模拟结果显示，PGW与Keap1之间的结合具有较高的结构稳定性，且在动态过程中表现出适度的灵活性。这种平衡使得PGW能够在复杂的生物环境中保持其功能活性，同时避免因过度刚性而影响其与靶标蛋白的相互作用。此外，通过计算结合自由能和配体效率，研究人员发现PGW在所有筛选的肽中具有最高的能量效率和稳定性，进一步支持了其作为潜在抗氧化剂的可行性。

PGW的结构由三个氨基酸组成：脯氨酸、甘氨酸和色氨酸。这三种氨基酸的组合赋予了PGW独特的物理化学特性。其中，脯氨酸和色氨酸属于非极性氨基酸，而甘氨酸则是极性氨基酸。这种非极性与极性氨基酸的比例（约为2:1）被认为是抗氧化肽的重要特征之一。在生物活性研究中，非极性氨基酸通常通过疏水相互作用和范德华力促进与靶标蛋白的结合，而极性氨基酸则通过氢键等强相互作用增强结合的特异性。PGW中这种比例的组合，使其能够在与Keap1结合时同时发挥疏水和极性相互作用的优势，从而形成稳定的结合网络。

为了更全面地评估PGW的抗氧化潜力，研究人员还对其自由基清除能力进行了预测分析。结果显示，PGW在所有候选肽中表现出最强的自由基清除能力，这与其结合Keap1的特性密切相关。Keap1在氧化应激调控中扮演着重要角色，它通过抑制Nrf2的活性来调节细胞对氧化应激的反应。当自由基积累时，Keap1的结构可能会发生改变，从而释放Nrf2，激活抗氧化基因的表达。PGW与Keap1的结合可能通过稳定其结构，减少Keap1的构象变化，从而抑制Nrf2的过度激活，维持细胞的抗氧化平衡。

从分子层面来看，PGW与Keap1的相互作用涉及多种非共价力，包括氢键、疏水作用和范德华力。氢键在蛋白质-配体相互作用中具有重要作用，它们不仅增强了结合的强度，还确保了分子的正确取向和特异性识别。疏水相互作用则通过非极性氨基酸之间的聚集，减少水分子对结合位点的干扰，从而增强结合的稳定性。范德华力虽然单独作用较弱，但当多个原子紧密接触时，它们的累积效应会显著增强结合的紧密性。这些相互作用的协同效应，使得PGW能够与Keap1形成稳定且可逆的结合，从而在细胞内发挥其抗氧化功能。

此外，分子动力学模拟还揭示了PGW与Keap1复合物的动态特性。通过计算RMSD（均方根偏差）和RMSF（均方根波动）值，研究人员发现该复合物在整个模拟过程中保持了较高的结构稳定性，同时又具备适度的局部灵活性。这种灵活性使得PGW能够适应Keap1在不同条件下的构象变化，而不会破坏其整体结构。非共价相互作用的热图分析进一步表明，PGW与Keap1之间的相互作用在模拟过程中持续存在，且频率较高，这进一步证明了PGW的强结合能力和持久性。

研究还探讨了PGW与其他候选肽的比较。虽然其他肽如CW、WM、AWM等也表现出良好的结合能力和自由基清除能力，但PGW在多个指标上均优于其他肽。例如，PGW的结合自由能和配体效率均较高，且其自由基清除能力在所有候选肽中排名第一。这表明PGW在抗氧化肽中具有显著的优势，可能成为开发新型功能性食品或营养补充剂的重要候选。

从实际应用的角度来看，PGW的发现具有重要的意义。首先，它为抗氧化剂的开发提供了新的天然来源，这不仅有助于降低对合成抗氧化剂的依赖，还可能减少潜在的副作用。其次，PGW的结构简单，易于合成和修饰，这为其在工业生产中的应用提供了便利。此外，PGW的抗氧化功能可能与其他生物活性相结合，例如抗炎、抗微生物等，从而拓宽其在医疗和营养领域的应用范围。

本研究采用的计算方法在抗氧化肽的筛选中展现了高效性和可行性。传统的酶解法虽然能够分离出具有抗氧化活性的肽，但其过程繁琐且成本高昂，难以满足大规模筛选的需求。而计算方法则能够快速模拟酶解过程，预测肽的生物活性和安全性，并筛选出具有潜力的候选肽。这种方法不仅节省了时间和资源，还能够减少实验误差，提高研究的准确性。此外，计算方法还能够结合多种参数，如配体效率、结合自由能和自由基清除能力，从而更全面地评估肽的抗氧化潜力。

然而，尽管计算方法在抗氧化肽研究中具有诸多优势，但其结果仍需通过实验验证。例如，虽然PGW在虚拟筛选中表现出良好的结合能力和生物活性，但其在体外和体内的实际效果仍需进一步研究。此外，PGW的代谢途径、在人体内的生物利用度以及长期摄入的安全性也需要通过实验来确认。因此，未来的研究应结合实验方法，进一步验证PGW的抗氧化功能，并探索其在实际应用中的潜力。

综上所述，本研究通过系统化的计算方法，成功筛选出一种具有强大抗氧化潜力的新型肽——PGW。该肽不仅能够有效结合Keap1，还表现出优异的自由基清除能力和肠道吸收特性。这些特性使其在抗氧化剂开发中具有广阔的应用前景。随着对天然产物研究的不断深入，PGW的发现为开发安全、高效的抗氧化剂提供了新的思路和方向，同时也为功能性食品和营养补充剂的创新奠定了基础。未来的研究应进一步探索PGW的生物学功能及其在人体内的作用机制，以推动其在医疗和营养领域的实际应用。