肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种致死性神经退行性疾病,由大脑及脊髓神经细胞破坏导致患者逐渐失去运动功能并最终导致死亡,目前仍然不能被治愈。铜锌超氧化物歧化酶（SOD1）是最早被发现与ALS密切相关的一种蛋白。由SOD1异常导致ALS的一个重要假说是:结构异常的（如金属缺失、氧化损伤、突变、异常翻译后修饰等）SOD1发生错误折叠以及二聚体解离,聚集成有毒物质,导致运动神经死亡。因此发现能够稳定SOD1结构并抑制其有毒聚集,以减少运动神经元细胞损伤的小分子抑制剂,对于延缓ALS发病进程的新药发现具有重要的意义。在蛋白与天然产物小分子相互作用研究中,首要的问题是如何在复杂体系中确定能够与蛋白具有相互作用的小分子成分,并评价其作用活性。对于SOD1而言,研究天然产物小分子对其结构的稳定作用及对其有毒聚集的抑制作用则是筛选ALS潜在药物的重要内容。传统天然产物活性成分的筛选方法（电泳法、荧光法、色谱法、色谱-质谱联用法等）,以及蛋白-配体相互作用的研究技术（核磁共振波谱、X射线衍射等）虽然各有优势,但在复杂体系中,针对蛋白质及蛋白质-配体复合物的构象变化的研究存在局限性。离子淌度（IM）与质谱（MS）结合的分析方法是近年来新兴的结构生物学研究方法。离子淌度可以通过分子碰撞截面积的差异对不同结构的大分子或小分子进行快速分离,结合高灵敏、高分辨、多功能的质谱方法,可以在分离鉴定天然产物成分的同时,筛选能够作用于蛋白的小分子,并研究小分子对蛋白构象及聚集的影响。本论文基于电喷雾离子淌度质谱（ESI-IM-MS）技术,首先建立了天然产物成分快速分离与鉴定的方法,并采用衰减质谱方法,从八种中药提取物中筛选得到能够与脱辅基SOD1（ApoSOD1）有效结合的成分。其中陈皮、甘草等药材中的黄酮及类黄酮苷类,虎杖、大黄等药材中的蒽醌类均能够有效与ApoSOD1结合;共得到约30种与ApoSOD1具有较强结合的黄酮和蒽醌类成分。结合分子对接方法,对不同类别成分与ApoSOD1的结合位点进行了研究。结果表明,大多数化合物的结合位点位于ApoSOD1的二聚体界面或外侧β链之间,对于位点的选择取决于苷元类型、糖基含量、连接方式等多重因素。为了解决抑制剂筛选中天然产物同分异构体成分的区分与评价难题,我们针对不同类别的黄酮异构体建立了能够有效区分异构体成分并评价其与蛋白结合能力的离子淌度质谱方法。针对天然产物成分中存在的光学同分异构体-儿茶素、表儿茶素,我们建立了离子淌度结合串联质谱及非共价衍生化的区分方法。利用儿茶素、表儿茶素与γ-环糊精形成复合物的构象差异,实现了儿茶素、表儿茶素的离子淌度分离与定量分析,并通过分子对接等理论手段确认了复合物的低能构象在碰撞截面积上的差异;针对糖基连接方式不同的黄酮氧苷与碳苷异构体,建立了离子淌度-串联质谱的快速区分与定量方法,并利用该方法研究了两对黄酮氧苷与碳苷异构体对ApoSOD1的结构稳定性及聚集的抑制作用。结果表明牡荆素鼠李糖苷对于ApoSOD1的结构稳定作用更强,牡荆素鼠李糖苷和野漆树苷抑制ApoSOD1聚集的效果更明显。根据前面中药提取物的筛选结果,我们发现一些异黄酮类成分对于ApoSOD1具有良好的结合亲和力,因此选择大豆异黄酮类化合物作为进一步研究的对象,利用ESI-IM-MS建立了由多成分-多靶点体系到单成分-多靶点再到单成分-单靶点的成分-靶蛋白筛选流程,从7种大豆异黄酮类成分中筛选出4种能够有效与靶蛋白结合的大豆异黄酮苷,从ApoSOD1、Cu2SOD1和野生型SOD1中确认了 ApoSOD1、Cu2SOD1的单体与二聚体形式均可作为结合靶蛋白。碰撞诱导解离（CID）、碰撞诱导解折叠（CIU）与荧光光谱实验结果表明,四种异黄酮苷类均能够稳定ApoSOD1和Cu2SOD1二聚体的结构并抑制其形成有毒聚集体。理论计算结果揭示了大豆异黄酮苷与ApoSOD1和Cu2SOD1的结合位点为β6链与Zn静电环之间。SOD1在氧化环境中发生的异常氧化修饰是细胞毒性的重要来源之一。我们研究了体外氧化损伤条件下金属缺失SOD1（完全缺失-ApoSOD1和部分缺失-Cu2SOD1）发生的氧化修饰,发现氧化修饰的两种SOD1结构稳定性进一步降低,并更容易形成有毒寡聚体。同时研究了黄豆黄苷对两种SOD1氧化过程和氧化产物的影响,发现黄豆黄苷能够抑制金属缺失SOD1（完全缺失和部分缺失）氧化过程的进行,并稳定其氧化产物二聚体的结构。通过细胞氧化应激实验,发现黄豆黄苷能够通过抑制氧化修饰SOD1的聚集来降低小胶质细胞对于蛋白聚集物产生的应激反应。理论计算结果表明,其通过降低Zn静电环的柔性稳定了氧化修饰SOD1的构象,并通过减少疏水残基的暴露降低了聚集倾向。以上研究结果表明,电喷雾离子淌度质谱是一种小分子配体筛选及蛋白-配体相互作用研究的有利工具,且黄酮类化合物（特别是大豆异黄酮类成分）具有治疗ALS潜在的价值。