莫诺拉韦与牛血清白蛋白结合机制的多光谱与分子模拟研究：揭示抗病毒药物的药代动力学特性

《BMC Chemistry》：Multi spectroscopic investigations with molecular docking and molecular dynamics simulation of the binding mechanism of molnupiravir to bovine serum albumin

本研究针对新冠口服抗病毒药物莫诺拉韦(MOL)与牛血清白蛋白(BSA)的结合机制展开深入探讨。研究人员综合运用紫外吸收光谱、荧光光谱、同步荧光光谱以及分子对接和分子动力学模拟(MD)等技术，揭示了MOL通过静态猝灭机制与BSA以1:1化学计量比自发结合，主要作用力为氢键和范德华力，结合位点为Site II(位点II)。该研究为理解MOL的药代动力学特性及开发更有效的抗病毒药物提供了重要理论依据。

　　

在抗击COVID-19的战役中，莫诺拉韦(Molnupiravir, MOL)作为首个口服抗病毒药物崭露头角，其通过诱变病毒RNA机制有效降低轻中度患者的住院和死亡率。然而，药物在体内的运输、分布和代谢过程直接影响其疗效，其中与血清白蛋白的结合特性尤为关键。血清白蛋白作为血液中主要的运输蛋白，其与药物的结合强度决定了药物的半衰期、分布范围和游离药物浓度，进而影响药理活性和代谢途径。

尽管莫诺拉韦已投入临床使用，但对其与血清白蛋白相互作用机制的深入理解仍显不足。以往研究多局限于传统光谱分析，缺乏从分子层面揭示结合机制的综合探讨。为此，Mansour等研究团队在《BMC Chemistry》上发表了创新性研究成果，通过多技术联用策略揭示了莫诺拉韦与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用机制。

研究人员采用多学科交叉的研究方法，主要包括：紫外-可见吸收光谱分析结合常数和猝灭机制；荧光光谱和同步荧光光谱研究结合位点和微环境变化；傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测蛋白质二级结构变化；分子对接模拟结合模式和相互作用力；以及三重100纳秒分子动力学(MD)模拟评估复合物稳定性。

荧光光谱分析揭示结合机制

通过荧光猝灭实验发现，莫诺拉韦能有效猝灭BSA的内源荧光，且猝灭常数(K_sv)随温度升高而降低，符合静态猝灭特征。斯特恩-沃尔默(Stern-Volmer)曲线呈良好线性关系，表明形成了基态复合物。

热力学参数与结合特性

修正的斯特恩-沃尔默方程显示结合化学计量比为1:1，负值的吉布斯自由能变(ΔG)证实结合过程为自发进行。焓变(ΔH)和熵变(ΔS)均为负值，表明氢键和范德华力是主要驱动力，而非疏水作用。

结合位点定位研究

竞争结合实验使用位点特异性标记物显示，地西泮(位点II标记物)显著降低莫诺拉韦与BSA的结合常数，而吲哚美辛(位点I标记物)影响微弱，证实莫诺拉韦优先结合于Sudlow位点II。

同步荧光光谱分析

同步荧光光谱显示，在Δλ=15 nm(对应酪氨酸残基)处出现2 nm红移，而在Δλ=60 nm(对应色氨酸残基)处无位移，表明莫诺拉韦结合影响了酪氨酸残基的微环境。

分子对接揭示结合模式

分子对接结果表明莫诺拉韦稳定结合于BSA的III A亚结构域(位点II)，结合能为-7.1 kcal/mol。关键相互作用残基包括Arg435、Arg458、Tyr451等，通过氢键和范德华力稳定结合。

分子动力学模拟验证稳定性

三重100 ns分子动力学模拟显示，BSA-MOL复合物具有优异的稳定性，骨架均方根偏差(RMSD)维持在0.20-0.35 nm，结合位点区域(残基420-460)波动性低，氢键数量稳定在1-4个之间。

本研究通过多技术整合策略，系统阐明了莫诺拉韦与血清白蛋白的相互作用机制。研究发现莫诺拉韦通过静态猝灭机制与BSA自发形成1:1复合物，主要结合于位点II，氢键和范德华力是主要驱动力。分子对接和动力学模拟证实了结合模式的稳定性和特异性。这些发现不仅为理解莫诺拉韦的药代动力学特性提供了分子基础，也为优化抗病毒药物设计提供了重要参考。尽管莫诺拉韦在体内迅速代谢为其活性形式N-羟基胞苷(NHC)，但其与白蛋白的 transient 相互作用可能影响初始分布相，这一发现为后续研究指明了方向。该研究建立的综合分析方法体系也可推广至其他药物-蛋白相互作用研究，具有重要的方法论意义。