有机与无机气溶胶对DPPC肺表面活性膜损伤效应的分子动力学研究

《Computer Methods and Programs in Biomedicine》：Molecular dynamics insights of organic and inorganic aerosol interactions with a DPPC-based lung surfactant membrane model

本文通过分子动力学（MD）模拟，对比研究了有机气溶胶（以黄腐酸FA为代表）与无机气溶胶（以三硅酸TSA为代表）对DPPC肺表面活性膜（PS）的相互作用机制。研究发现，与传统ADME（吸收、分布、代谢、排泄）预测相反，高水溶性的FA通过氢键作用在膜界面聚集，对膜结构（如有序性、厚度、表面张力）的破坏显著高于TSA，揭示了有机气溶胶潜在肺毒性机制，为呼吸健康风险评估提供新视角。

　　

Highlight

Computational details

肺表面活性物质（PS，即肺表面活性剂）主要由脂质（包括磷脂和中性脂）组成，约占其总成分的90%，其余10%为对功能稳定性至关重要的蛋白质。其中，二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）是最丰富的磷脂[49,50]。通常选用DPPC作为PS的模型，主要基于两个关键原因：一是其在PS中占比最高，二是其独特的相变特性使其能够在肺泡表面形成单层膜，这对于降低表面张力至关重要。

Density profile analysis

图2展示了MD模拟中FA、TSA、BaP与DPPC膜相互作用的快照。从中可以明显看出，BaP和TSA均能显著穿透膜结构，而FA分子则表现出界面活性行为。为了更清晰地分析，我们通过密度分析评估了气溶胶分子相对于DPPC膜各组分的平均取向。图3展示了质量密度分布图。

Conclusion

本研究利用分子动力学模拟探讨了两种气溶胶——有机气溶胶（FA）和无机气溶胶（TSA）——与作为肺表面活性剂模型的DPPC膜之间的相互作用。模拟结果表明，FA分子倾向于在水/膜界面聚集，这一现象是由其与磷脂头基形成强氢键所驱动的。这些相互作用导致了膜物理化学性质的显著改变。