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为探究 hACE2 结合对 SARS-CoV-2 刺突蛋白聚糖的影响，研究人员模拟分析，发现聚糖影响口袋可及性，对药物研发有意义。
在新冠疫情的大背景下，SARS-CoV-2 的传播给全球健康带来了巨大挑战。SARS-CoV-2 通过刺突蛋白（spike protein）与人体细胞表面的血管紧张素转化酶 2（hACE2）受体结合，从而进入细胞引发感染。刺突蛋白上的聚糖在这一过程中起着关键作用，它们不仅有助于稳定刺突蛋白的结构，还参与调节刺突蛋白与 hACE2 的结合。然而，hACE2 与刺突蛋白结合后，对刺突蛋白上重要聚糖的影响却知之甚少，而这些变化可能会影响针对病毒进入细胞过程的药物研发。为了解决这些问题，菲律宾大学迪利曼分校（University of the Philippines Diliman）的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为深入理解 SARS-CoV-2 的感染机制和开发潜在的抗病毒药物提供了重要依据。
研究人员采用了高斯加速分子动力学（GaMD）模拟和生物物理分析等技术方法。首先，基于 CHARMM-GUI COVID-19 数据库中野生型三聚体刺突蛋白的原子结构构建初始系统，准备了 hACE2 未结合和结合的刺突蛋白模型。然后，对这些系统进行 GaMD 模拟，包括能量最小化、加热、NPT 平衡等步骤，以获得蛋白质的构象信息。最后，通过计算均方根波动（RMSF）、溶剂可及表面积（SASA）和进行接触分析等生物物理分析手段，来研究聚糖的灵活性、口袋的可及性以及蛋白质 - 聚糖和聚糖 - 聚糖之间的相互作用。
研究结果如下：
- 整体接触和动力学差异：通过 GaMD 模拟对 hACE2 未结合和结合的刺突蛋白系统进行构象空间采样。结果显示，在模拟过程中，两种系统的 RBD 构象大多保持稳定，RBD 的构象转变发生在毫秒到秒的时间尺度，超出了纳秒级加速模拟的范围。但研究重点关注的是刺突蛋白糖基化对口袋可及性的影响，这种影响可以与构象变化和结构域可及性相关联。
- 可及性变化：研究人员此前在刺突蛋白 RBD 链下方和中央支架附近确定了三个潜在的可成药口袋。通过 SASA 分析发现，口袋 C 在所有探针尺寸下可及性最高，口袋 A 和 B 的可及性相当，这表明符合 Lipinski 规则的药物样分子可能与这些口袋有效结合，尤其是口袋 C。同时，RBD 的可及性在 hACE2 未结合时高于结合时，且不同 RBD 的可及性与其构象有关。
- 聚糖与 RBD 状态的相互作用对口袋 A 可及性的影响：接触分析表明，N234聚糖与口袋 A 的相互作用在 hACE2 结合后显著减少，hACE2 未结合时中央支架可能部分去屏蔽，而结合时聚糖与中央支架附近的相互作用缺失。N234聚糖与其他聚糖的相互作用在结合前后发生变化，且 hACE2 结合后 NTDB与 RBD 的距离减小，限制了口袋 A 的入口，尽管中央支架去屏蔽，但口袋 A 在两种状态下的可及性相似。
- N234和 N343相互作用对口袋 B 可及性的影响：SASA 显示口袋 B 在 hACE2 结合状态下 SASA 更高。接触分析发现，hACE2 未结合时 N234聚糖与口袋 B 的链 C 子域区域有额外相互作用，结合时则与 RBD 和 RBD 形成更多接触，且 N234聚糖在结合时埋在 RBD 下方，使中央支架更易接近。此外，N343聚糖在 hACE2 结合时从 RBDB-RBDC界面向外移动，可能导致 RBD 从瞬态转变为更开放的状态，使 N234向内移动，进一步增加口袋 B 中央支架的可及性。
- 口袋 C 的动力学：从 N234A聚糖运动的角度探索口袋 C 的动力学变化。接触频率图显示，hACE2 结合时，N234聚糖与 RBD、链 A 的子域区域 1 和中央支架的接触更频繁，这种屏蔽在结合状态下更明显，可能解释了口袋 C 周围中央支架在 hACE2 结合时 SASA 较低的现象。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过生物物理分析揭示了 N234和 N343连接聚糖与刺突蛋白动力学之间重要的接触贡献，为口袋的可成药性提供了潜在见解。在口袋 A 中，hACE2 结合前后 RBD 和 NTDB结构域的稳定性变化对其可成药性有重要影响；口袋 B 的 RBD 区域是开发潜在抑制剂的有前景区域；口袋 C 的中央支架和 RBD 区域是潜在抑制剂的相关靶点。此外，模拟中观察到的聚糖 - 蛋白质接触在结合前后的变化需要进一步验证，本研究结果也提示在利用未糖基化刺突蛋白进行虚拟筛选研究时需要谨慎，因为糖基化会影响一些疏水药物的相互作用。这些结果为未来针对刺突蛋白的药物研发提供了有价值的参考，有助于开发出更有效的抗 COVID-19 药物。
