长聘教轨副教授
细胞膜是由多种多样的膜蛋白与数以千计的不同种类的磷脂分子所组成的，它表现出高度的复杂性：a，磷脂分子的种类很多，最保守的估计也认为有几千种；b，磷脂分子的分布是不均匀的，他们自发聚集，形成纳米尺度的微观结构（比如脂筏模型）；c，脂双层两侧的磷脂组成不同。由于其结构的复杂性与高度动态性，实验研究面临较大困难，而分子模拟技术可以探究其原子尺度的结构细节，已经成为研究生物膜体系的必不可少的工具。
此类问题在两个方面与药物递送相关：1，药物分子需要穿过膜，才能抵达其发挥作用的靶点；2，通过将药物分子包裹在脂质体中，可以将一些性质较为特殊的小分子或者生物大分子递送到靶点（比如RNA疫苗）。
我们通过全原子尺度和粗粒度尺度的分子动力学模拟，研究生物膜的结构与功能（比如其相分离机制、纳米尺度微观结构的形成、膜性质对蛋白结构与功能的影响等），药物分子与生物膜的相互作用、脂质体完成药物递送的分子机制等；我们还开发一些适用于生物膜体系的多尺度模拟的力场与方法。
图3. 分子模拟技术揭示的不同组分的生物膜发生相分离的过程（JACS）。
1，钾离子通道：钾离子通道广泛分布于人类多个组织与器官，与神经系统、心血管系统的多种疾病相关，是重要的药物靶点。我们通过分子模拟技术以及数据驱动的生物信息学方法研究钾通道蛋白家族成员，主要方向包括以钾通道为靶点的计算机辅助药物设计、钾通道结构与功能的关系、磷脂-蛋白相互作用等。
图1. 我们模拟了钾通道在不同细胞膜环境中的功能差异，揭示了膜环境对钾通道结构与功能的影响，并提出了新的门控机制模型（Nat. Commun.）。
2，机械力敏感的离子通道：有一些离子通道能够感受施加在细胞膜上的机械力，这些离子通道往往与感知觉相关（如触觉、嗅觉、本体觉等等），是有极大潜力的药物靶点，比如近年获得诺贝尔奖的Piezo蛋白。我们针对特定体系，发展多尺度模拟技术与方案，探究这类通道感受机械力的一般规律；设计具有结合特异性的小分子，用于实验研究或药物开发。
图2. 用于机械力敏感通道MscS模拟的一种多尺度模型。
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