针对棉铃虫胰蛋白酶的肽类抑制剂的计算分析及理性设计：一种基于结构的方法

《Scientific Reports》：Computational profiling and rational design of peptide inhibitors targeting trypsin in Helicoverpa armigera (Hübner): A structure-based approach

　　

摘要

本研究通过计算方法评估了源自蛋白酶前序列及天然蛋白酶抑制剂的肽类对农业害虫棉铃虫关键消化酶——胰蛋白酶的抑制作用。研究利用来自不同昆虫物种的蛋白酶前序列及天然抑制剂构建了肽库，通过一致性对接、分子动力学模拟、分子力学泊松-玻尔兹曼表面积计算、结合模式分析以及物理化学特性测定等方法对这类肽进行了筛选。在筛选出的肽中，三种新序列（PRALHRV、GFLRNGE和PKTRICT）以及一种天然肽（VPKSVNR）与胰蛋白酶的关键催化残基（H68和D113）之间表现出良好的对接分数和相互作用模式。随后通过分子动力学模拟研究了这些肽-酶复合物在模拟的碱性肠道环境中的稳定性。此外，通过对结构灵活性及等电点的研究，表明这些肽在昆虫肠道的碱性条件下仍能保持稳定。研究还预测这些肽可能与其他害虫物种中的类似胰蛋白酶存在交叉反应，因此具有广谱应用的潜力。本研究通过计算方法评估了PRALHRV和VPKSVNR作为棉铃虫胰蛋白酶抑制剂的潜力，为后续的实验验证及进一步开发提供了基础。这些研究结果为了解肽与胰蛋白酶之间的相互作用机制提供了理论依据，同时也指出了值得深入研究的候选序列。所提出的计算框架有望帮助未来寻找针对棉铃虫消化蛋白酶的肽类抑制剂。若能通过适当的实验验证，这类肽或许可以用于开发新型的害虫防治策略，比如基于肽的生物杀虫剂或转基因作物保护技术。这些发现可为未来研究酶特异性抑制剂、进而制定环境友好的害虫控制策略提供初步依据。