一种多光谱与分子对接结合的方法：全面揭示抗乳腺癌药物阿贝玛西利与牛血清白蛋白之间的相互作用机制

《Journal of Molecular Liquids》：A multispectroscopic and molecular docking approach: Comprehensive insight into the interaction mechanism between anti–breast carcinoma drug abemaciclib and bovine serum albumin

抗乳腺癌药物阿贝玛西利与牛血清白蛋白的相互作用机制通过光谱分析与分子对接研究，证实其以1:1静态结合为主，结合位点位于BSA的IIA和IIIA亚基，并揭示了热力学参数和构象变化。

　　

Selen Duygu Cecen | Sukriye Nihan Karuk Elmas | Fatma Nur Arslan | ?smail Tarhan | Hatice Can

土耳其伊斯坦布尔大学Cerrahpa?a药学院分析化学系，邮编34500

摘要

Abemaciclib是一种依赖于细胞周期蛋白的激酶4/6（CDK4/6）抑制剂，在雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌细胞中表现出良好的抗肿瘤活性。本研究旨在通过光谱和计算分析方法探讨这种新批准的抗癌药物abemaciclib与牛血清白蛋白（BSA）之间的相互作用机制。光谱学研究旨在揭示在不同温度下与结合相互作用相关的特性、结构变化和热力学参数。当abemaciclib加入BSA时（比例1:7；BSA:abemaciclib），BSA的发光强度显著减弱，表现为静态淬灭现象。结合位点的数量约为1个，表明可以形成1:1比例的稳定复合物。此外还进行了粒径测量、圆二色性和红外光谱分析，其结果得到了分子对接研究的验证。分子对接研究证实，abemaciclib-BSA复合物的结合稳定性主要受氢键和疏水相互作用的控制。这些结果为abemaciclib与BSA之间的结构和药代动力学变化提供了宝贵信息。

引言

血清白蛋白（SA）是人体血浆中最易溶且含量最丰富的球状运输蛋白，在药物药效学和药代动力学中起着关键作用。它可作为多种疾病（如炎症、糖尿病、心血管疾病和癌症）的载体，并被用作治疗剂和稳定剂[[1], [2], [3]]。了解药物与SA的相互作用有助于预测其药代动力学特性（如分布、代谢、排泄和吸收），从而优化药物剂量/毒性水平，并揭示药物间的相互作用。药物递送系统的设计也离不开这方面的研究。牛血清白蛋白（BSA）是一种常见的SA类型，是牛血清中含量最丰富的蛋白质之一，分子量约为66,500 Da，由一条链上的583个氨基酸残基组成，包含三个α-螺旋结构域（域I、II、III），每个结构域又分为A和B两个亚域，主要结合位点位于亚域IIA和IIA（分别称为疏水位点I和II）[6]。BSA含有两个色氨酸分子（Trp-213和Trp-134）、一个自由巯基以及17个二硫键。第一个色氨酸残基暴露在亲水环境中，而第二个则位于疏水环内[7]。由于其自由的-C=O和-NH?基团以及多种结合位点，BSA可通过离子键、亲水键和疏水键等非共价作用与多种生物活性分子相互作用[1,3,5,[8], [9], [10], [11]]。由于其三维结构与人类SA高度相似，BSA常被用作研究模型蛋白。与其他蛋白质相比，BSA还具有纯度高、成本低、稳定性好、易于获取、具有独特的配体结合特性和长保质期等优点。由于这些优势，BSA常被选为评估药物与多种蛋白质相互作用的最佳模型蛋白，其与人类SA的结构相似度高达76%。这种高度的同源性使得BSA能够支持更深入的研究和实验。

临床研究表明，包括abemaciclib、ribociclib和palbociclib在内的细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）4/6抑制剂是潜在的抗癌药物。Abemaciclib是最新的CDK 4/6抑制剂之一，分别于2017年和2018年获得批准。该抑制剂对ER+乳腺癌细胞具有显著的抗癌活性[[13], [14], [15], [16]]。据我们所知，2024年有一项关于BSA与ribociclib相互作用的研究，旨在探讨药物在体内的转运和分布机制，但尚未有关于BSA与abemaciclib相互作用的研究报道。Jiang等人（2024年）研究了ribociclib与BSA的相互作用机制[1]。此外，多光谱和计算方法也被广泛用于研究ribociclib对BSA构象的影响。这些结果促使我们进一步探讨另一种CDK 4/6抑制剂abemaciclib与BSA的结合特性。因此，本研究通过光谱和计算实验探讨了abemaciclib与BSA的相互作用机制，并提供了关于结合特性、热力学参数和构象变化的重要信息，分子对接研究的结果也验证了光谱数据。

化学试剂与设备

抗癌药物abemaciclib（纯度99.97%）和标准牛血清白蛋白（BSA）试剂分别从Selleck Chemicals LLC（美国德克萨斯州休斯顿）和Sigma-Aldrich Companies（美国密苏里州圣路易斯）购买。其他分析级化学品和试剂均来自Sigma-Aldrich，直接用于实验。BSA（1.0 mM）和abemaciclib（4.0 mM）的储备溶液均用超纯水配制。

光谱学研究

由于BSA含有芳香族残基（如L-酪氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Trp），因此可以通过这些残基的发光特性来研究药物与BSA的相互作用。色氨酸的量子产率较高（Φ），而酪氨酸和苯丙氨酸的发光强度较低[19]。与药物分子相互作用后，BSA的发光特性发生变化，表现为显著的分子间淬灭现象和Φ值降低。

结论

综上所述，通过多光谱分析、粒径测量和分子对接建模，研究了abemaciclib与BSA之间的相互作用机制。BSA与abemaciclib的相互作用过程包括静态和动态淬灭，药物以1:1的比例通过疏水力与BSA的一个结合位点结合（ΔG° < 0）。研究结果得到了分子动力学、粒径分析和分子对接研究的支持。

作者贡献声明

Selen Duygu Cecen：数据可视化、验证、软件使用、资源管理、方法论设计、实验实施、数据分析。 Fatma Nur Arslan：文章撰写与修订、初稿撰写、数据可视化、结果验证、实验监督、软件使用、资源管理、方法论设计、实验实施。 ?smail Tarhan：文章撰写与修订、初稿撰写、数据可视化、结果验证、软件使用、资源管理、方法论设计、实验实施、资金申请、论文格式调整。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了伊斯坦布尔大学Cerrahpa?a分校和Karamano?lu Mehmetbey大学的经济支持。