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为探究黑色素对皮肤癌的治疗潜力，研究人员运用多种技术研究其与相关蛋白作用，发现黑色素结合亲和力强，为皮肤癌治疗提供新思路。
黑色素治疗皮肤癌的多尺度计算分析研究解读
在奇妙的生物世界里，黑色素就像一位神秘的守护者。它广泛存在于各种生物体内，主要功能是吸收和消散紫外线（UV），保护生物免受阳光的伤害。然而，皮肤癌这个 “恶魔” 却在不断威胁着人类的健康。皮肤癌是由于皮肤细胞不受控制地增殖引发的疾病，其中黑色素瘤、鳞状细胞癌和基底细胞癌最为常见。这些肿瘤常出现在阳光暴露的皮肤区域，像手、脖子和脸。基底细胞癌生长缓慢，虽很少扩散，但会感染周围组织，若不治疗会导致畸形；鳞状细胞癌极易扩散到附近组织和其他器官；黑色素瘤虽不常见，却极具侵袭性，若不及时治疗，会扩散到远处器官和淋巴结，带来致命后果。而且，皮肤癌治疗手段如放疗、化疗和手术，都存在各种并发症，严重影响患者生活质量。因此，寻找一种更有效、副作用更小的治疗方法迫在眉睫，这便是研究人员开展此项研究的重要原因。
来自印度安纳马莱大学（Annamalai University）等机构的研究人员，踏上了探索黑色素治疗皮肤癌潜力的征程。他们通过一系列研究，发现黑色素具有强大的治疗潜力，这一成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是密度泛函理论（DFT），用于确定黑色素分子的电子结构，计算其量子力学描述符等；分子对接技术则用来研究黑色素与皮肤癌相关蛋白（1P7K、2VCJ 和 5OTE）的结合相互作用；分子动力学（MD）模拟在生理温度下，研究蛋白 - 配体复合物的构象变化、结合亲和力和动态行为；结合自由能分析采用分子力学 - 广义 Born 表面面积（MM - GBSA）技术，评估配体 - 蛋白复合物的结合亲和力。
研究结果如下：
- 优化几何结构与量子特性：通过 DFT 在 B3LYP 水平、6 - 31G+(d,p) 基组下对黑色素分子进行优化，得到其能量、偶极矩和极化率等数据。前沿分子轨道（FMO）分析显示，黑色素最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）的能量及能隙，能反映其化学反应性。分子静电势（MEP）表明，黑色素分子中负电荷区域靠近羟基氧原子，正电荷区域在 O - H 基团的氢原子上。量子描述符分析得出，黑色素的 HOMO - LUMO 能隙较小，具有较高的电子亲和力和较低的电离势，表明其具有较高的化学反应性和生物活性。
- 分子对接：研究人员将黑色素（以 Ligand - L 代表）、5 氟尿嘧啶（5FU）与目标蛋白 1P7K、2VCJ 和 5OTE 进行分子对接。结果显示，黑色素与这些蛋白的结合能均优于 5FU。例如，1P7K 与 5FU 的结合能为 ΔG - 4.2 kcal/mol，与 Ligand - L 的结合能为 ΔG - 7.8 kcal/mol；2VCJ 与 5FU 的结合能为 ΔG - 5.3 kcal/mol，与 Ligand - L 的结合能为 ΔG - 8.1 kcal/mol；5OTE 与 5FU 的结合能为 ΔG - 4.7 kcal/mol，与 Ligand - L 的结合能为 ΔG - 9 kcal/mol。并且，黑色素与蛋白结合时，形成了多种如氢键、π - π、π - 烷基、π - 硫等非共价相互作用。
- 分子动力学模拟：对 5OTE 蛋白与 5FU 和黑色素的复合物进行 MD 模拟，从均方根偏差（RMSD）、均方根波动（RMSF）、回转半径（Rg）和氢键分析等多个指标评估。RMSD 结果显示，5OTE_黑色素复合物的 RMSD 值低于 5OTE_5FU 复合物，表明黑色素与 5OTE 蛋白的相互作用更稳定；RMSF 表明两者整体柔性相似，但波动区域有所不同；Rg 显示在某些模拟条件下，黑色素能使 5OTE 蛋白形成更紧凑的构象；氢键分析发现 5OTE_5FU 复合物形成的氢键数量多于 5OTE_黑色素复合物，但综合其他指标，黑色素与 5OTE 蛋白的相互作用更强更稳定。溶剂可及表面积（SASA）分析和 Rg 评估表明，配体结合促进了 5OTE 蛋白形成更紧凑的构象。
- 结合自由能分析：通过 MM - GBSA 计算 5OTE_黑色素和 5OTE_5FU 复合物的结合自由能及其贡献因素。结果显示，黑色素复合物的结合自由能（ΔGbind = - 74.85 ± 6.79 kcal/mol）低于 5FU 复合物（ΔGbind = - 59.83 ± 3.5 kcal/mol），表明黑色素与蛋白的结合亲和力更强。其中，疏水相互作用和范德华力在黑色素与 5OTE 蛋白的结合中起关键作用。
研究结论表明，黑色素具有作为皮肤癌治疗候选药物的巨大潜力。从 DFT 和量子描述符分析可知其具有独特的反应性；分子对接显示其与关键蛋白的结合亲和力强于 5FU；MD 模拟进一步证实了其稳定的相互作用，且明确了脂溶性和范德华力的重要作用。虽然这一研究成果令人振奋，但仍需实验验证。不过，该研究为未来的体外和体内研究提供了宝贵的方向，有望推动新型皮肤癌治疗策略的发展。这一研究也充分展示了多尺度计算分析在探索生物分子治疗潜力方面的强大力量，为生物医学研究开辟了新的道路 。
