多光谱技术与分子动力学模拟揭示氟他胺与牛血清白蛋白的结合机制及其意义

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Bioorganic Chemistry 4.5

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  为探究氟他胺(Flutamide)与血液蛋白的相互作用,研究人员以牛血清白蛋白(BSA)为对象开展研究。通过多光谱技术和理论分析方法,发现二者通过静态猝灭机制结合,主要作用力为疏水作用和氢键,该研究为理解药物血液转运提供参考。

  在健康医学领域,前列腺癌(PCa)是男性常见的癌症之一,在 65 岁以上男性中发病率约达 60%,是继肺癌之后的第二大常见实体器官癌症。氟他胺(Flutamide)作为一种全球批准的非甾体抗雄激素药物,常用于前列腺癌的辅助治疗,它能通过阻断癌细胞上的雄激素受体,抑制雄激素依赖的细胞生长。
蛋白质是药物作用的主要分子靶点,对药物疗效起着关键作用。血清白蛋白作为血浆中的主要蛋白质,在运输生物活性物质和药物方面发挥着重要作用。药物与血清蛋白结合,不仅能延长药物在体内的半衰期,增强治疗效果,还会影响药物在血浆中的游离浓度。然而,氟他胺与血清蛋白之间的相互作用机制并不十分清楚,这限制了对其药代动力学和生物利用度的深入理解,也不利于进一步优化药物治疗方案和药物设计。

为了解决这些问题,来自国内的研究人员开展了关于氟他胺与牛血清白蛋白(BSA)结合机制的研究。牛血清白蛋白因其结构与人类血清白蛋白(HSA)高度相似,且具有成本低、易获取、结构明确等优点,常被用于研究与小分子的相互作用。研究结果为理解氟他胺在血液运输过程中的行为提供了重要依据,有助于优化前列腺癌的治疗策略,对药物研发和临床应用具有重要意义,该研究成果发表在《Bioorganic Chemistry》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先,运用荧光光谱技术(包括荧光滴定实验和时间分辨荧光光谱),研究氟他胺与 BSA 相互作用过程中的荧光变化;利用紫外 - 可见(UV - Vis)光谱,进一步确认二者的结合情况;借助圆二色谱(CD)和傅里叶变换红外光谱(FT - IR),分析结合对 BSA 二级结构的影响。此外,还运用分子对接和分子动力学(MD)模拟等理论分析方法,从分子层面深入探究二者的结合模式和相互作用。

荧光光谱测量与分析


荧光光谱是研究配体与蛋白质相互作用的有力工具,色氨酸(Trp)和酪氨酸(Tyr)是 BSA 内在荧光的主要贡献者。研究人员在 298K、304K 和 310K 下分析了 BSA 与氟他胺的荧光光谱。结果显示,随着氟他胺的加入,BSA 的荧光强度显著降低,表明氟他胺与 BSA 发生了相互作用。通过对荧光数据的进一步分析,确定了这种荧光猝灭机制为静态猝灭。

结合位点与结合力分析


结合位点数量分析表明,BSA 与氟他胺的结合位点数量接近 1,意味着它们之间存在单个主要结合位点。热力学分析显示,疏水相互作用和氢键是促使 BSA - 氟他胺复合物形成的主要驱动力。这一结果为理解二者结合的化学本质提供了重要信息。

蛋白质二级结构变化分析


圆二色谱(CD)分析显示,氟他胺与 BSA 结合后,BSA 的二级结构发生了轻微的构象变化。傅里叶变换红外光谱(FT - IR)分析进一步证实了这一结论,表明氟他胺的结合对 BSA 的二级结构产生了一定影响,但这种影响相对较小。

分子对接与分子动力学模拟


分子对接结果表明,氟他胺主要结合在 BSA 的疏水口袋中,并与关键残基形成稳定的氢键。分子动力学模拟显示,在 100ns 的模拟过程中,BSA - 氟他胺复合物保持稳定,没有出现明显的结构偏差,这从分子动力学角度进一步验证了二者结合的稳定性。

在研究结论部分,该研究系统地考察了氟他胺与 BSA 的相互作用。荧光猝灭实验确定了静态猝灭机制,UV - Vis 和时间分辨荧光光谱进一步证实了这一结果。CD 和 FT - IR 分析表明氟他胺会引起 BSA 二级结构的轻微变化。分子对接和 MD 模拟则详细揭示了二者的结合模式和结合稳定性。

这项研究的重要意义在于,它为理解氟他胺与血清白蛋白在血液运输过程中的相互作用提供了全面而深入的视角。通过明确结合机制、结合位点、结合力以及对蛋白质结构的影响,有助于预测氟他胺的药代动力学和生物利用度,为优化前列腺癌的治疗方案和药物设计提供了有价值的参考,有望推动前列腺癌治疗领域的进一步发展。

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