口蹄疫是一种偶蹄动物间有高度传染性的病毒性疾病。口蹄疫一旦爆发,则会带来巨大的经济损失。目前针对口蹄疫的防治策略主要是疫苗接种。然而口蹄疫病毒(foot and mouth disease virus,FMDV)衣壳蛋白的酸敏感性对传统灭活疫苗和重组疫苗的制备和运输都有着非常不利的影响,需要昂贵的冷藏链和频繁的接种才能达到对疫苗完整性的有效保护。因此研究衣壳蛋白在酸性条件下裂解的分子机制对于研制稳定的疫苗具有重要的理论价值。由于没有对口蹄疫普适的疫苗,并且疫苗对病原体的免疫应答至少需要7天,因此对口蹄疫的控制策略除了尽快接种疫苗外,主要以屠杀为主。为了使被感染动物免遭捕杀,抗FMDV药物的新药研发就显得非常重要。3D聚合酶是口蹄疫病毒RNA依赖的RNA聚合酶,是病毒复制过程中复制自身基因的关键酶,因此3D聚合酶是抗FMDV药物研发的一个重要的靶标。目前以3D聚合酶为靶标的药物主要是核苷酸类似物,为广谱的抗病毒药物,药物毒性非常大。因此寻找选择性靶向3D聚合酶的先导化合物对于治疗口蹄疫具有重要意义。本论文的第一部分首先对口蹄疫爆发造成的影响及其防治策略进行了简单的概述,之后着重介绍口蹄疫病毒衣壳蛋白及其疫苗稳定性的研究进展以及口蹄疫病毒3D聚合酶及其抑制剂的研究进展。最后阐述了本论文的主要研究方法,包括分子动力学模拟和虚拟筛选的基本原理及其应用发展。本论文第二部分是利用分子动力学模拟研究口蹄疫病毒衣壳蛋白酸敏感的分子机制。通过对pH=6与pH=7.4条件下衣壳蛋白两个原聚体进行200 ns的常规分子动力学模拟,结合多种分析方法对两个体系进行分析,我们发现酸性条件下衣壳蛋白界面上VP2与VP3产生较大构象变化。通过残基自由能分解以及丙氨酸扫描分析识别出了对衣壳蛋白稳定性有重要影响的热点残基,包括与pH条件改变关系密切的残基H3141,H3144和H2021。之后我们通过残基相互作用网络分析及具体的相互作用分析,进一步分析了酸性条件下衣壳蛋白VP2与VP3解离的分子机制。我们发现在酸性条件下H3141的质子化与K2088产生静电斥力,从而使得衣壳蛋白VP2与VP3中心α-螺旋区的解离;H3191的质子化使得VP2与VP3边缘部分发生解离;同时我们预测了H3144的质子化会导致VP2与VP3的β-sheet区发生解离。从分子水平解释酸性条件导致衣壳蛋白解离的分子机制的研究,对于我们有针对性地设计口蹄疫的耐酸疫苗具有重要理论指导价值。本论文的第三部分延续第二部分的内容,利用分子动力学模拟方法进一步探究口蹄疫病毒衣壳蛋白酸敏感的分子机制,着重探讨酸性条件下蛋白VP3上H3144的质子化导致衣壳蛋白解离的机制。通过500 ns的分子动力学模拟,我们发现酸性条件下蛋白VP3上H3144的质子化促进VP2与VP3的核心β-sheet区的进一步解离。通过对其结合模式及其残基相互作用网络分析发现H3144的质子化使与相邻五聚体上带正电的K2063产生静电相斥作用,随之使得H3144与K2063分别所在的β-sheet间距离增大,使得相邻原聚体上的蛋白VP2与VP3进一步发生解离。本论文的第四部分研究了口蹄疫病毒3D聚合酶非竞争性抑制剂的虚拟筛选。我们选取口蹄疫病毒的3D聚合酶的晶体结构作为研究对象,先通过50 ns的分子动力学模拟,得到较合理的小分子-蛋白质复合物的晶体结构;之后通过对Chembridge数据库、Chemdiv数据库、Specs数据库、Zinc数据库和FDA数据库五个化合物数据库进行基于分子对接的虚拟筛选来发现3D聚合酶的非竞争性抑制剂。结合MM-GBSA计算,聚类分析,结合模式分析等方法分析,最终筛选得到65个具有结构多样性候选化合物。我们选取34个候选化合物进行病毒抑制性实验,结果显示其中6个化合物具有一定的病毒抑制活性。本论文在分子水平上研究酸性条件下衣壳蛋白解离的分子机制,对于我们有针对性地设计口蹄疫的耐酸疫苗具有重要理论指导价值。通过基于分子对接的虚拟筛选发现口蹄疫病毒3D聚合酶非竞争性抑制剂,对于以口蹄疫病毒3D聚合酶为靶点的药物设计与开发具有重要理论价值。综上所述,该研究结果对于研发出更好的口蹄疫疫苗及药物具有重要的指导作用。