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蛋白酶的异常表达和活化与疾病有关,利用抑制剂抑制蛋白酶的活性可达到治疗相关疾病的目的,而不断出现的耐药病毒株严重影响了药物的疗效,因此寻找有效的抗耐药病毒株的新型抑制剂迫在眉睫。目前实验技术手段在一定程度上可以揭示蛋白酶与抑制剂相互作用的机制,但是仅利用实验手段研究蛋白酶与抑制剂之间的相互作用仍然存在着一定的局限性。例如,生理状态下蛋白酶结构的动态变化信息难以获得。分子动力学模拟技术能够弥补这一不足,不仅可以揭示蛋白酶构象动态变化的过程,而且能够获得其构象变化过程中的能量信息等。本论文以HIV-1（Human Immunodeficiency Virus type 1）蛋白酶及其抑制剂Amprenavir（APV）、Indiravir（IDV）、Ritonavir（RTV）、Nelfinavir（NFV）、GRL-02031、Darunavial（DRV）、CA-p2和KNI-1657（KNI）为研究对象,从结构和能量的角度系统地研究了HIV-1蛋白酶与多种抑制剂的相互作用过程,所得结果可为设计全新的抗艾滋病毒药物提供一定的理论支撑。本论文的主要内容总结如下:1.HIV-1蛋白酶抑制剂的交叉耐药性机制的理论研究G48T/L89M双突变对绝大多数现有的抗艾滋病毒的药物存在不同程度的耐药性。该双突变引起的HIV-1蛋白酶构象变化及其与四种药物分子（APV,IDV,RTV和NFV）相互作用的原子细节和能量信息尚不清楚。基于上述四种药物分子分别与野生型及G48T/L89M突变型HIV-1蛋白酶的复合物结构,我们采用分子动力学模拟方法研究了G48T/L89M对四种药物分子产生交叉耐药性的分子机制。结果表明,G48T/L89M突变体产生耐药性的主要原因是突变残基侧链的改变导致HIV-1蛋白酶活性位点附近氨基酸残基结构重排及药物分子结合构象的变化,继而影响HIV-1蛋白酶与药物分子的结合能力。2.HIV-1蛋白酶单突变对抑制剂GRL-02031耐药性机制的理论研究抑制剂GRL-02031在延缓HIV-1蛋白酶的耐药性方面具有很大的优势,但耐药性突变（I47V,L76V,V82A,N88D）仍能降低HIV-1蛋白酶与抑制剂GRL-02031的结合能力,非活性位点突变L76V和N88D影响HIV-1蛋白酶与抑制剂GRL-02031的结合并导致耐药性的详细机制尚未见报道。基于抑制剂GRL-02031分别与野生型及四种突变型HIV-1蛋白酶的复合物结构,采用多轨迹的分子动力学模拟和结合自由能计算（MM-PBSA与SIE）相结合的方法研究了HIV-1蛋白酶与抑制剂相互作用的细节。结果表明,活性位点I47V和V82A突变能直接引起HIV-1蛋白酶结合口袋的改变,而位于活性位点远端的L76V和N88D突变通过影响其周围残基的范德华和氢键作用引起活性位点关键残基Asp30、Val32和Ile47的结构重排,导致其与抑制剂GRL-02031结合能力降低,产生耐药性。3.突变型HIV-1蛋白酶PRS17对抑制剂DRV和CA-p2敏感性差异的理论研究PRS17是HIV-1蛋白酶的一种突变体,具有17个突变残基,显示出高度的多药耐药性。研究表明,PRS17对抑制剂DRV和CA-p2表现出不同的敏感性,但导致敏感性差异的原因尚不清楚。基于野生型和突变型PRS17分别与抑制剂DRV和CA-p2的复合物结构,采用多轨迹的分子动力学模拟研究策略及结合自由能分析（MM-PBSA和SIE）,考察了突变残基对HIV-1蛋白酶与两种抑制剂作用机制的影响。结果表明,突变残基改变了封盖尖端（flap tip）的卷曲度、结合口袋的体积以及封盖区（flap region）和活性位点之间的距离,从而导致HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和CA-p2的结合能力发生变化。通过能量分解发现,Arg8’、Ala28/Ala28’、Ile50/Ile50’和Ile84/Ile84’附近的残基对HIV-1蛋白酶与抑制剂的结合有着重要作用。范德华相互作用和静电作用两者都对HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和CA-p2结合有着重要贡献。由于残基突变导致PRS17蛋白酶与抑制剂DRV结合构象发生改变,降低了PRS17与抑制剂DRV的结合能力,导致敏感性降低;在突变体PRS17与抑制剂CA-p2的结合过程中,抑制剂CA-p2的精氨酸与HIV-1蛋白酶的范德华作用和氢键作用增强,使得敏感性提高。4.突变型HIV-1蛋白酶对抑制剂DRV和KNI敏感性差异的理论研究实验研究表明,V32I/L33F/I54M/V82I和V32I/L33F/I54M/I84V突变也会影响HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和KNI的结合,但导致敏感性差异的原因也尚未见报道。基于野生型及突变型HIV-1蛋白酶分别与DRV和KNI的复合物结构,我们采用类似于HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和CA-p2体系的研究策略,也考察了突变残基对HIV-1蛋白酶与两种抑制剂作用机制的影响,所得结果也基本相似。残基突变也改变了封盖尖端的卷曲度、结合口袋的体积以及封盖区和活性位点之间的距离,从而影响HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和KNI的结合能力。对比野生型复合物和突变型复合物中的相互作用情况表明,我们发现Ala28/Ala28’、Ile50/Ile50’和Ile84/Ile84’附近的残基对HIV-1蛋白酶与抑制剂的结合有着重要作用。范德华相互作用和静电作用两者也都对HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV和KNI结合有着重要贡献。由于残基突变导致两种突变型HIV-1蛋白酶与抑制剂DRV结合构象发生改变,降低了它们之间的结合能力,导致敏感性降低;在两种突变型HIV-1蛋白酶与抑制剂KNI的结合过程中,抑制剂KNI的四氢呋喃甘氨酸和3-氨基-2羟基4-苯基丁酸与突变型HIV-1蛋白酶的范德华作用和氢键作用增强,使得敏感性提高。以上结果可为设计更有效、抑制活性更高的HIV-1蛋白酶抑制剂提供重要的参考。