疼痛是目前医学领域十分普遍且棘手的问题,其中神经性疼痛、炎症性疼痛和临床手术疼痛最为突出。大量临床实验表明,电压门控钠离子通道(钠通道,VGSC)与疼痛的产生和发展有着极为密切的联系,是疼痛治疗的重要靶点。目前基于VGSC作用而产生镇痛效果的抑制剂可分为VGSC非选择性抑制剂和VGSC选择性抑制剂两大类。VGSC非选择性抑制剂可作用于VGSC各亚型,疼痛治疗中以局部麻醉剂镇痛效果最为突出,在临床应用中表现出明显的疼痛治疗优势,但是目前临床应用的局麻药具有明显的浓度依赖性,毒副作用等弊端。在VGSC选择性抑制剂的研究中,钠通道Nav1.7和Nav1.8亚型因在异常神经元中引起的神经元兴奋性发展会导致多种疼痛发生而成为VGSC选择性抑制剂研究的热点靶标。目前Nav1.7选择性抑制剂的研究较为成熟,而Nav1.8选择性抑制剂的报道较少,但是却有越来越多的生物实验表明Nav1.8对疼痛的发生起到关键作用,这引起了我们的关注。与疼痛密切相关的Nav1.7亚型晶体结构目前被解析,为研究局部麻醉剂与VGSC的作用机制提供重要依据。鉴于长期以来基于疼痛治疗的VGSC抑制剂报道十分有限,尚无法满足患者对疼痛治疗的迫切需求,并且有关VGSC抑制剂具体的作用机制尚不明确,有待进一步研究。因此本论文采用同源模建、分子对接、虚拟筛选和分子动力学模拟的计算方法,进行VGSC非选择性抑制剂局部麻醉剂的作用机制研究以及Nav1.8选择性抑制剂的作用机制和虚拟筛选。主要内容如下:(1)VGSC非选择性抑制剂局部麻醉剂的作用机制研究局部麻醉剂在疼痛治疗中表现良好,在治疗各种急、慢性疼痛中扮演着不可或缺的角色。本课题组合成的新型含氟酰胺类化合物表现出良好的局部麻醉效果,因此本实验从中选取出具有活性差异的代表活性化合物进行研究。鉴于局部麻醉剂对VGSC家族各亚型不具有选择性,VGSC各亚型蛋白的局麻药结合位点相同且结合区差异较小,因此本实验选取与疼痛密切相关的人源Nav1.7最新解析的晶体结构作为靶蛋白,并借助分子对接、动力学模拟及自由能计算等模拟方法,开展局部麻醉剂与Nav1.7的作用机制研究,为设计新型高效的局部麻醉药提供重要的理论基础。研究发现,范德华作用和静电作用对抑制剂与Nav1.7的结合有着重要意义,推测残基Phe1748、Leu1449、Trp1332、Phe1452和Ile1745是Nav1.7局麻药结合区域的关键残基。此外还发现质子化状态下的化合物结构与蛋白结合更加稳定,这说明化合物在发挥作用时,质子化形式占相对主导地位。(2)Nav1.8选择性抑制剂的作用机制和虚拟筛选研究研究表明,钠通道Nav1.8亚型是参与神经性疼痛和炎症性疼痛的重要靶标,但目前该亚型的抑制剂报道较少。因此,本论文选取活性较好的苯丙咪唑类Nav1.8选择性抑制剂,进行一系列的作用机制及虚拟筛选研究。鉴于目前尚未有Nav1.8晶体结构报道,本工作首先采用同源建模的方法构建出可靠的Nav1.8蛋白的三维结构,随后基于Nav1.8的蛋白模型进行了分子对接、动力学模拟和结合自由能的计算与能量分解研究。研究发现,氢键作用及疏水作用对抑制剂与Nav1.8结合起到重要作用。最终推测残基Thr770、Ser1065、Phe1115、Trp697、Leu815、Phe818和Phe771是化合物与Nav1.8蛋白结合过程中的关键残基,与残基Ser1065形成氢键作用可以有效可以提高化合物的生物活性。随后,基于上述实验结果,本论文采用联合基于受体和基于药效团的虚拟筛选策略,对课题组内实体化合物数据库进行了 Nav1.8抑制剂的多构象虚拟筛选研究,最终选定出9个苗头化合物,借助分子对接方法探究苗头化合物与Nav1.8蛋白之间的结合模式。研究发现,此组化合物骨架新颖、优化空间较大并且有利于运用拼合原理进行系列地化合物衍生合成,因此基于此组结构进行优化设计并进行后续地合成及活性评价工作(正在进行中)。