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白细胞介素8(IL-8)(又称为趋化因子CXCL8)通过结合、激活其特异性受体CXCR1(A类G蛋白偶联受体家族成员),在人体免疫响应过程中发挥关键作用。IL-8与CXCR1的结合不是一步到位的,而是动态的。因此,研究IL-8与CXCR1的动态结合过程以及受体-配体相互作用对于理解趋化因子-受体功能发挥的分子机制以及靶向药物的设计有重要意义。基于IL-8与CXCR1结合的“Multistep”模型[1],对应于IL-8与CXCR1结合过程不同状态的三个模型Step0、Step1和Step2被建立,Step0为无配体状态下野生型CXCR1,Step1为IL-8结合到CXCR1的N末端区域(C XCR1 N-terminus)的复合物,Step2是通过蛋白-蛋白对接获得的IL-8与CXCR1胞外loop区域(CXCR1-ECLs)结合的复合物。本研究对以上三个模型各进行三次50ns的分子动力学模拟。Step2虽为蛋白-蛋白对接得到的IL-8/CXCR1复合物,但由于对接时指定了突变实验证实的关键残基为结合位点,因此该复合物的结合状态与实验数据一致性较好。对于Step2的研究揭示了受体-配体结合面存在静电、氢键、盐桥和疏水相互作用,验证了突变实验证实的,存在于CXCR1的Cys110、Arg199、Glu275、Arg280,以及IL-8的Glu4、Arg6六个关键残基,并发现了位于IL-8上的Glu24、Asp45和Glu48三个残基,这三个残基虽暂未被突变实验发现,但它们同时参与了静电和氢键相互作用,对于受体-配体相互作用具有重要性。综合Step0、Step1和Step2三个模型的平衡轨迹分析,发现了受体CXCR1在不同结合状态下的构象差异,即IL-8结合其N末端的CXCR1(Step1),其胞外loop区域柔性增加,该区域上结合IL-8的位点的暴露程度增大,这一系列构象变化有利于IL-8结合CXCR1的胞外域(Step2),在对Step1中受体-配体相互作用以及IL-8运动趋势的研究,亦能发现IL-8从第一步结合位置向第二步结合位置演化的趋势。CXCR1作为G蛋白偶联受体(GPCR),其胞外域结合配体之后,CXCR1将被激活,G蛋白进而结合至CXCR1的胞内loop区域,开启下游信号通路。本文模拟的时间为50ns,还不足以看到CXCR1跨膜域和胞内域剧烈的构象变化,但是却能观察到CXCR1胞内域五个关键残基(Tyr136、Leu137、Ile139、Val140和Met241)柔性、暴露程度的差别,这五个残基是突变实验证实的,存在CXCR1胞内域loop上,与G蛋白结合密切相关的残基。相对于Step0和Step1,Step2下的这五个残基,具有最大的柔性和最大的暴露程度,有理由相信这是CXCR1被IL-8激活的一个标志。我们相信本文研究对于IL-8与CXCR1相互作用机制有更深入的认识,为后续的实验和药物设计提供参考。