在血栓形成与蛋白折叠调控的分子网络中，蛋白二硫键异构酶（PDI）扮演着至关重要的角色。它不仅在内质网中催化新生蛋白的二硫键形成与重排，还能在血管损伤时迅速被血小板和内皮细胞分泌至细胞外空间，从而调控多种血管受体、黏附蛋白和凝血因子的活性，促进血栓形成。已有研究表明，抑制细胞外PDI可显著降低动物模型中的血栓形成，却不影响正常止血，因此PDI被视为一种具有潜力的抗血栓治疗靶点。在众多PDI抑制剂中，研究团队先前发现的小分子Bepristat 2a（bep2a）因其高选择性和可逆性而备受关注。值得注意的是，bep2a在不同的体外实验体系中表现出截然不同的调控效应：它在经典的胰岛素浊度实验中显著抑制PDI的氧化还原酶活性，却在以GSSG为底物的反应中增强其催化功能。这种“矛盾”的双重调控现象提示，bep2a可能通过不同的分子机制同时发挥抑制与激活作用。为揭示这一“分子双面性”，课题组李金宇教授联合黄明东教授/袁彩研究员团队，结合分子动力学模拟与生化实验，对其与PDI的相互作用进行了系统研究。

图1. Bepristat 2a双重调控PDI活性示意图。

        通过多平行、长时间尺度的分子动力学模拟，研究者发现bep2a稳定结合在PDI b′结构域的底物结合口袋中，与口袋区域残基形成了广泛的相互作用网络，从而稳定结合构象。bep2a的结合进一步诱导PDI整体构象趋于紧凑，限制了底物进入催化中心的可及性，从而在胰岛素还原体系中表现出明显的抑制效应。

图2. 分子模拟揭示Bepristat 2a与PDI的结合模式

        实验验证表明，bep2a与H256之间形成的水桥氢键在维持其抑制活性中起关键作用。

图3. 定点突变实验确认H256为bep2a结合的关键残基。

        另一方面，研究团队的分子动力学模拟揭示了bep2a的激动机制。bep2a结合于PDI后，可诱导W396发生构象重排，使活性中心螺旋部分解折叠，暴露出催化残基C397和C400。这种结构松动有助于底物的亲核进攻，从而增强PDI的氧化还原催化能力。该别构激活效应为bep2a在GSSG底物体系中表现出的催化增强提供了分子水平的解释。

图4. Bepristat 2a结合增强PDI催化活性的分子机制。

         综上，研究团队首次从分子层面揭示了Bepristat 2a对PDI的“双机制”调控模式——既通过结合b′结构域实现竞争性抑制，又通过诱导构象重排产生别构激活。该研究不仅为理解PDI活性调控提供了新的分子基础，也为开发具有选择性调控能力的新型抗血栓药物提供了重要理论依据。

        本研究得到了国家重点研发计划 (2023YFE0118400) 以及国家自然科学基金 (22173020, 22573016, 82530115) 的支持。