研究背景
短腸綜合徵（SBS）是由於失去了大部分腸道導致的一種以腹瀉、脂肪瀉、腹痛、電解質紊亂、脫水和營養不良為特徵的致殘性疾病。殘餘腸道具有適應能力，以補償吸收表面積的減少，這主要與胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）有關。GLP-2是一種33個氨基酸的多肽，由胰高血糖素經翻譯後加工而成。
目前，用於補償腸道縮短的激素有限，大多數SBS患者需要受藥物治療。人類生長激素、促生長素和左旋谷氨酰胺已被批准用於SBS的短期治療，但療效有限。替度魯肽被批准用於長期治療SBS的藥物，該藥物是GLP-2的類似物，與GLP-2一樣，替度魯肽通過與腸道組織中的GLP-2受體胞外結構域（ECD-GLP2R）結合發揮藥理作用。ECD-GLP2R的三維（3D）結構尚未確定，因此它與激動劑/拮抗劑的相互作用模式也不清楚。利用配體-受體複合物的三維（3D）結構來可以更好地理解它們在原子水平上的相互作用模式，進而設計出具有更好生物活性的新配體。
研究方法
參照文獻中的研究方法，本文使用MaXFlow平台分子模擬相關功能組件完成所需的各項計算任務。採用蛋白-多肽對接和分子動力學（MD）模擬相結合的策略揭示了ECD-GLP2R和替度魯肽之間的相互作用機制。首先，利用同源建模構建並優化了ECD-GLP2R的三維結構，以及肽段構建方法構建出替度魯肽的三維結構。然後，通過蛋白-肽對接預測了ECD-GLP2R與替度魯肽結合的初始姿勢，通過計算RMSD、RMSF、迴旋半徑、氫鍵數量、二級結構和系統模擬中的總能量以及分子力學/泊松-波爾茲曼（廣義波恩）表面積（MM/PB(GB)SA）並進行了評估。
1、數據準備
GLP-2R蛋白：從UniProt獲取GLP2R_HUMAN的序列信息，將其保存為.fasta格式。
替度魯肽：序列信息 HGDGSFSDEMNTILDNLAARDFINWLIQTKITD
2、模型構建
在MaXFlow平台採用同源建模的方法構建出ECD-GLP2R的三維結構。
第一步序列識別：
讀取目標蛋白序列信息
第二步模板查找：
文獻中使用的模板（PDB ID：6GB1），在這裏選擇序列評分更高、相似性更高的5YQZ作為模板結構。
第三步參數設置：
選擇Amber力場優化建模後的蛋白結構，並提供拉式構象圖（Ramachandran plot）評估同源建模後模型的質量。
在MaXFlow平台進入肽段構建，輸入序列選擇相應的二級結構類型即可構建出替度魯肽三維模型。
3、替度魯肽-GLP-2R對接
多肽-蛋白對接
該方法可用於不超過20 個氨基酸的多肽與受體蛋白對接，能處理不同長度和類型的多肽，包括線性、環狀(包括通過主鏈肽鍵、側鏈肽鍵或側鏈二硫鍵不同環化方式環化的肽)、含有非天然氨基酸或修飾的多肽。
分別輸入上述已構建好的結構，並設置對接位點。
如果該受體蛋白和多肽結構從其他數據庫中下載，需要添加大分子結構清理和大分子結構修理，去除掉影響對接的小分子。如果對接位點未知，可採用自動查找區域的方法，該方法根據疏水性以及氫鍵供體受體等性質預測高親和力位點。
圖丨替度魯肽-GLP-2複合物結構
蛋白-蛋白對接
對於序列較多的多肽，可以採用蛋白-蛋白對接方法，手動輸入對接位點序列信息。
4、替度魯肽與GLP-2R複合物的分子動力學模擬
選擇上述對接評分最高且能結合在活性位點的複合物模型作為分子動力學模擬的初始結構，本次模擬採用了曙光DCU加速計算，平衡模擬100 ns，並分析了短程庫侖相互作用和短程范德華相互作用、RMSD、RMSF、迴旋半徑、氫鍵分析、二級結構分析、鹽橋分析、π-π堆積分析以及，並對分子力學/泊松-波爾茲曼（廣義波恩）表面積（MM/PB(GB)SA）進行了評估。
圖丨分子動力學模擬工作流
待模擬完成後，對該複合物的動力學軌跡進行分析，可以做結構穩定性分析、熱穩定性分析、構象轉變分析、非鍵相互作用分析（如氫鍵、π-π堆積、鹽橋）、結合自由能及能量分解、丙氨酸掃描熱點殘基分析等。
圖丨勢能分析：短程庫侖相互作用和短程范德華相互作用
圖丨RMSD值及RMSD分佈分析
圖丨RMSF及B-factor分析
圖丨迴旋半徑分析
圖丨二級結構分析
圖丨氫鍵分析
圖丨鹽橋分析
表丨結合自由能分析
圖丨能量分解
圖丨丙氨酸掃描分析
總結
本文使用MaXFlow人工智能和分子模擬平台，以胰高血糖素樣肽-2受體胞外結構域和替度魯肽的序列為輸入，採用同源建模的方法構建了GLP-2R的三維結構，同時構建了多肽的結構。之後以這兩個結構為基礎，採用多肽-蛋白對接功能，選擇高質量的對接結果，進行分子動力學模擬，探究兩者之間的相互作用模式，進而設計出具有更好生物活性的新配體。
MaXFlow是一款強大的計算化學工具，它可以應用於多肽藥物的設計和優化過程中。在理論層面上，MaXFlow能夠利用分子模擬、分子力學以及機器學習等方法來預測和分析多肽的三維結構、穩定性和功能活性。通過這些先進的計算技術，研究人員可以模擬多肽藥物與受體或其他生物大分子之間的動態相互作用過程，揭示關鍵的氫鍵網絡、疏水作用等因素對藥物活性的影響，從而指導實驗研究並加速藥物開發進程。
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