原位电喷雾离子化质谱技术揭示了不同双酚类似物与肌红蛋白之间的相互作用差异

《Results in Chemistry》：Native electrospray ionization mass spectrometry reveals the interaction variances between different bisphenol analogues and myoglobin

双酚类化合物（BPs）与肌红蛋白（Mb）的相互作用机制及结构-活性关系研究。采用原位电喷雾电离质谱（Native ESI-MS）、荧光光谱（FLS）、圆二色光谱（CD）和分子对接（MD）技术，系统分析11种BPs及其类似物与Mb的非共价结合。发现BPS、2,4’-BPS、BAHPS和TBS形成稳定复合物，结合常数范围在2.8×10^4至3.0×10^4 L·mol?1。结合实验与模拟结果，揭示疏水作用和氢键是主要结合方式，其中BPS因两个羟基的氢键形成能力最强，而TBS的溴原子增强疏水相互作用。Mb的α-螺旋含量下降，表明结构改变可能影响其氧运输功能。研究为评估BPs的环境与毒性提供分子依据。

　　本研究围绕双酚类化合物（Bisphenol analogues, BPs）与肌红蛋白（Myoglobin, Mb）之间的相互作用展开，旨在评估这些广泛应用于工业和消费品的化学物质对重要功能蛋白的潜在影响。肌红蛋白是一种存在于所有大型脊椎动物心肌和骨骼肌中的球状蛋白，其主要功能是向呼吸的线粒体释放氧气，从而驱动肌肉收缩。此外，肌红蛋白还表现出硝酸盐还原酶活性、氧化酶催化活性以及水解酶催化活性，它在调节一氧化氮（NO）稳态和维持心肌细胞的氧化还原状态方面发挥着关键作用。这些功能使得肌红蛋白在细胞代谢和生理过程中具有重要意义，因此，任何可能影响其结构或功能的化学物质都值得深入研究。

双酚类化合物，如双酚A（BPA），因其内分泌干扰特性而受到广泛关注。尽管BPA被广泛使用，但其对健康和环境的潜在危害促使了对其替代品的开发。研究者们发现，一些BPs在工业和消费品中被设计为更安全、更环保的替代物。然而，尽管这些化合物具有较高的稳定性和高温耐受性，它们仍可能对生物体产生一定的毒性效应。已有研究表明，某些BPs的生物效应可能与BPA相似，甚至更强，而其毒性表现也因化合物的结构差异而有所不同。因此，了解BPs与肌红蛋白之间的相互作用机制及其结构活性关系，对于评估其环境和生物毒性具有重要意义。

为了全面研究BPs与肌红蛋白的相互作用，研究团队采用了多种实验方法，包括原生电喷雾电离质谱（native ESI-MS）、荧光光谱（Fluorescence Spectroscopy, FLS）、圆二色光谱（Circular Dichroism, CD）以及分子对接（Molecular Docking, MD）。其中，原生电喷雾电离质谱是一种能够保持生物大分子原生结构和功能的检测技术，适用于研究非共价相互作用。通过该方法，研究者发现有四种BPs（包括BPS、2,4′-BPS、BAHPS和TBS）能够与肌红蛋白形成稳定的复合物，而其他化合物如TBBPA、CPS和DS则未能形成明显的复合物。这一结果表明，BPs的结构特征对其与肌红蛋白的结合能力具有重要影响。

进一步的实验分析显示，这些具有结合能力的BPs能够引起肌红蛋白二级结构的变化。荧光光谱和圆二色光谱的数据显示，肌红蛋白的α-螺旋含量在结合后显著降低，而无规则卷曲的含量则相应增加。这表明，BPs的结合可能破坏肌红蛋白的结构稳定性，进而影响其正常功能。此外，研究还通过热力学参数（如ΔH、ΔG和ΔS）揭示了结合过程的能量变化，进一步支持了这些相互作用的机制。

分子对接模拟进一步明确了这些BPs与肌红蛋白的结合位点及其主要作用力。模拟结果显示，这些化合物主要结合在肌红蛋白的血红素口袋附近，通过氢键、范德华力和疏水作用力相互作用。其中，氢键被认为是主要的结合方式，尤其是那些含有羟基的化合物。例如，BPS通过两个羟基与肌红蛋白形成稳定的氢键，而BAHPS则通过氨基形成氢键。相比之下，TBS的结合主要依赖于其较强的疏水作用力，这与其分子结构中的溴原子有关。这些结果揭示了BPs与肌红蛋白结合的结构基础，也为理解其毒性机制提供了线索。

研究还发现，某些BPs如BPS和TBS在结合后会导致肌红蛋白的荧光强度显著降低，这一现象与荧光猝灭机制相关。通过计算猝灭常数（Ksv）和结合常数（Ka），研究者进一步量化了这些相互作用的强度。此外，结合过程的热力学参数显示，这些相互作用主要由疏水作用力驱动，而氢键和范德华力则在一定程度上辅助稳定复合物结构。

值得注意的是，尽管某些BPs表现出较强的结合能力，但它们的结合机制与BPA有所不同。例如，BPA未能与肌红蛋白形成显著的复合物，这可能与其分子结构或表面性质有关。这种差异提示我们，BPs虽然被设计为BPA的替代品，但其潜在的毒性效应可能仍然存在。因此，研究团队强调，有必要对这些化合物进行更全面的毒性评估，以确保其在工业和环境中的安全性。

从结构-活性关系（Structure-Activity Relationship, SAR）的角度来看，研究发现双酚类化合物的羟基和磺酰基在与肌红蛋白的结合过程中起着关键作用。羟基不仅能够通过氢键参与结合，还能通过其亲水性影响分子的疏水性，从而增强结合能力。而磺酰基虽然不直接参与氢键形成，但其溶剂暴露的氧原子可能有助于形成水分子网络，间接稳定复合物结构。这些结构特征使得某些BPs具有更强的结合能力，同时也可能影响其生物活性和毒性。

综上所述，本研究通过多种实验方法系统地分析了双酚类化合物与肌红蛋白的相互作用机制。研究结果不仅揭示了这些化合物对肌红蛋白结构和功能的影响，还为环境和健康风险评估提供了重要的理论依据。同时，研究也指出，尽管某些BPs具有较强的结合能力，但其结合机制与BPA不同，因此需要进一步研究其潜在毒性效应。此外，研究团队还建议，未来的研究应扩大对双酚类化合物的种类和结构的考察，以更全面地评估其环境和生物影响。这一研究对于开发更安全的替代化学品和制定有效的环境管理策略具有重要的指导意义。