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摘要

计算机辅助虚拟筛选潜在阻断SARS-CoV-2S蛋白活化的

TMPRSS2抑制剂

由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SevereAcuteRespiratorySyndrome

Coronavirus2，SARS-CoV-2）引起的新型冠状病毒肺炎（CoronaVirusDisease2019，

COVID-19）在世界范围内不断传播。目前COVID-19已成为一种流行疾病，因

此寻找抗病毒化合物是十分必要的。

SARS-CoV-2在感染机体的过程中需要病毒蛋白与宿主蛋白共同参与。

SARS-CoV-2侵染细胞起始于SARS-CoV-2刺突蛋白（SpikeProtein，S）S1亚基

与细胞受体血管紧张素转化酶2（AngiotensinConvertingEnzyme2，ACE2）结

合，之后S2亚基的融合肽（FusionPeptide，FP）负责膜融合从而把基因组RNA

释放到细胞内。跨膜丝氨酸蛋白酶2（TransmembraneProteaseSerine2，TMPRSS2）

会对S蛋白S2亚基的S2’位点进行切割，使融合肽裸露出来。由此可见TMPRSS2

是病毒入侵机体过程中的关键蛋白酶，因此科研工作者发掘出许多TMPRSS2抑

制剂来抵御COVID-19，但是目前在临床试验中没有一种TMPRSS2抑制剂可以

显著改善COVID-19的症状。因此，挖掘新的TMPRSS2抑制剂具有重要的应用

价值。本论文的主要研究内容以及结果如下：

（1）TMPRSS2三维结构获取以及虚拟筛选TMPRSS2潜在抑制剂

本研究所采用的TMPRSS2蛋白结构以来源于人的TMPRSS2晶体结构

（PDBID:7MEQ）为基础。由于TMPRSS2晶体结构存在18个氨基酸的缺失，

因此我们运用SWISS-MODEL同源建模的方法进行蛋白结构重建，通过Procheck

模块下的Ramachandranplot与Pymol中的Align分析证明了重建后蛋白结构高

度可信。重建后的蛋白结构通过AutoDockVinav.1.2.0程序对ZINC15数据库中

FDA批准的药物数据库以分子对接的方法进行虚拟筛选，并根据蛋白质和小分

子结合能力的大小筛选出10个潜在的TMPRSS2抑制剂。

（2）TMPRSS2潜在抑制剂的体外作用效果检测

通过大肠杆菌表达外源蛋白酶的方法已经十分成熟。本实验通过构建pET-

28a(+)-6×His-TMPRSS2质粒，以大肠杆菌BL21（DE3）为宿主进行TMPRSS2

I

外源表达、蛋白变性纯化以及蛋白梯度透析复性最终得到了具有较高活性的

TMPRSS2蛋白酶，比活力为4.2U/μg。通过体外酶活检测实验检验虚拟筛选出

的TMPRSS2潜在抑制剂的抑制作用，体外酶活检测实验的底物为胰蛋白酶荧光

底物Boc-Gln-Ala-Arg-AMC。结果表明，在我们检测的浓度范围内Raltegravir可

以有效抑制TMPRSS2的活性，半数抑制浓度（Halfmaximalinhibitory

concentration，IC50）为67nM，抑制效果达到nM级。其余几种小分子未检测到

较好的抑制活性。

（3）分子动力学模拟初步探究TMPRSS2抑制剂与其相互作用

分子动力学模拟中复合物系统稳定性是进行机制探索的重要参考。本研究首

先运用Gromacs软件对Raltegravir与TMPRSS2复合体系的RMSD/RMSF/Rg分

析来确定系统的稳定性，以Camostat与TMPRSS2模拟体系作为阳性对照，以未

加小分子的TMPRSS2蛋白体系作为阴性对照。Raltegravir与TMPRSS2模拟体

系中蛋白和小分子的RMSD值分别为0.23±0.02nm和0.17±0.03nm；Rg