15-脂氧合酶别构调控分子设计及其对花生四烯酸代谢网络的影响

Human lipoxygenase (LOX) has been implicated in a number of inflammation related diseases with pharmacological interest. This project focuses on proposing a rational strategy to discover 15-LOX activators and the influence of activating 15-LOX on the arachidonic acid (AA) metabolic network. The proposed contents include:（1）Discovering allosteric activators or inhibitors. Possible allosteric sites will be searched. Virtual screen will be conducted against the predicted allosteric sites. Then, the variety of experimental techniques, such as organic synthesis, biological activity assays, and the protein-small molecular interaction determination will be used to discover the 15-LOX activator. (2) Investigating possible mechanism for activation by enzymatic kinetics experiment and molecular dynamics simulation. (3) Impacting AA metabolic network by 15-LOX activator. LC-MS/MS will be performed in cell assays and animal model. How 15-LOX activators modulate endogenous synthesis of lipoxins and regulate AA metabolic network will be investigated. It will provide a new strategy to balance AA metabolic network and control inflammatory reaction.

人源脂氧合酶（LOX）在炎症相关疾病中起重要作用。本课题将针对15-LOX 开展别构调控分子发现方法及激活剂对花生四烯酸(AA)代谢网络调控策略的研究。主要研究内容包括：（1）别构调控分子设计。预测新的15-LOX别构位点，用虚拟筛选的方法寻找别构分子，通过有机合成、生物活性测试、蛋白质与小分子结合测试等多种实验手段获得15-LOX激活剂。（2）激活作用机理研究。通过酶动力学实验和分子动力学模拟等方法研究激活剂的作用机制。（3）15-脂氧酶激活剂对AA代谢网络的影响。在细胞和动物模型层次上，用LC-MS/MS方法探索15-脂氧酶激活剂对脂氧素內源合成的影响，进而研究其对AA代谢网络的调控功能，为AA网络的代谢平衡和控制炎症提供新的策略。

15-脂氧合酶（15-LOX）是花生四烯酸（arachidonic acid, AA）代谢网络的关键酶，与炎症疾病相关。设计激活剂上调15-LOX的活性，是抗炎研究的新途径，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。本课题围绕15-LOX开展别构调控分子发现与机理研究，并利用所发现的激活剂分子，研究上调15-LOX的活性对AA网络代谢的影响。.主要成果有：.1. 创新性地用合理设计方法发现了酶别构位点的激活剂和抑制剂。我们在人源15-LOX蛋白质结构中预测出了新的别构调控位点，并发现了15-LOX别构位点的激活剂和抑制剂，这是蛋白质激活合理设计的首次尝试。.2. 我们用激活剂和抑制剂做为探针，开展15-LOX的别构调控机理研究。通过对于酶反应动力学数据进行拟合分析，发现激活剂可以稳定15-LOX活性构象，减少底物自抑制。通过分子动力学模拟并对轨迹进行主成分分析，我们发现结合在同一位点的别构抑制剂和激活剂分别稳定了15-LOX的不同构象，激活剂分子可以防止15-LOX被高浓度的底物所结合，而抑制剂分子则限制了底物结合部分残基的运动性。该研究有助于揭示酶动态结构与活性的关系，为别构分子设计提供帮助。.3. 在三个层面评价15-LOX激活剂对AA网络的作用。实验表明：15-LOX 激活剂在人中性粒细胞、全血炎症模型以及小鼠腹膜炎模型中均有降低前列腺素（prostaglandins，PGs）促炎因子生成、提高脂氧素（Lipoxins，LXs）抑炎因子浓度的效果。对炎症因子浓度的调节为AA网络的代谢平衡和炎症控制提供了新的策略。.发表SCI论文5篇；获得授权专利1项；培养研究生5名，博士后3人。