2019年7月3日，国际著名综合类科学期刊《美国科学院院刊》（PNAS）在线发表题为“Variational implicit-solvent predictions of the dry–wet transition pathways for ligand–receptor binding and unbinding kinetics”的研究论文。我校威尼斯人 交叉科学研究中心周圣高副教授为该论文的第一作者，苏州大学是唯一第一作者单位。
配体与受体在水环境中的结合与分离在很多关键生物化学过程中起着至关重要的作用。正确认识配体与受体的结合与分离动力学是合理药物设计的基础。研究该动力学的重大挑战之一是如何对疏水口袋内水的涨落效应进行有效地可计算建模。该工作基于变分隐式溶剂模型发展了一系列高效的数值方法，用于计算配体在干湿口袋状态下的平均力势以及口袋的干湿过渡转移速率。另外，文章提出了多状态布朗动力学模拟算法来研究结合与分离的平均首通时间(Mean First-Passage Times)。计算结果与分子动力学模拟结果吻合，说明该方法能很好地刻画配体运动的非马尔科夫特性。
进一步研究表明疏水口袋内的水溶剂涨落效应将减慢配体与受体的结合过程，但会加速配体与受体的分离过程。该创新研究成果否定了配体与受体分离时在口袋附近具有高摩擦系数这一普遍接受的推测，为理解水环境中配体与受体分离动力学提供全新视角。另外研究发现，在配体的结合与分离过程中，配体与受体的非平衡溶解状态具有记忆效应，呈现出磁滞现象。
相比于结合过程，配体与受体分离发生的时间尺度往往大好几个数量级，直接分子动力学模拟计算代价过大。该工作提出的理论模型与数值计算方法不仅为复杂配体-受体结合分离过程提供了高效的研究工具，对药物设计基础研究也有重要意义。
周圣高老师2015年于美国加州大学圣地亚哥分校完成博士后研究工作后入职威尼斯人-威尼斯人娱乐场 交叉科学研究中心。近年来主要从事生物物理建模、模型数学理论分析及高性能科学计算等方面的研究，取得了一系列重要创新研究成果。该研究成果得到江苏省自然科学基金青年项目BK20160302, 国家自然科学基金青年项目 11601361，国家自然科学基金面上项目21773165，以及苏州大学科研启动经费项目 Q410700415等项目的经费支持。
论文链接：//www.pnas.org/content/early/2019/07/02/1902719116