油包水法制备的纳米姜黄素与α-晶体之间的相互作用机制：通过光谱学和分子模拟技术进行评估

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Interaction mechanism of nano-curcumin induced by oil-in-water method with α-crystalline: Assessments through spectroscopy and molecular simulation techniques

纳米姜黄素与α-晶体蛋白相互作用机制及生物效应研究。采用荧光光谱、圆二色光谱、热力学测量等方法，发现纳米姜黄素与α-晶体蛋白存在强结合（Ksv=1.65×10^5 M?1，Kb=1.13×10^5 M?1），结合模式为动态与静态淬灭协同作用，热力学参数显示范德华力和氢键主导作用（ΔH0=-83.22 kJ·mol?1，ΔS0=-179.18 J·mol?1·K?1），结合常数随温度升高而降低。光谱分析表明纳米姜黄素诱导α-晶体蛋白β-折叠含量增加（47.11% vs 44.71%），Zeta电位和ITC进一步验证构象变化。电导率证实离子izable基团参与结合，FRET技术测得供体-受体距离3.38 nm。分子动力学模拟显示纳米姜黄素与αA/αB亚基的稳定结合

　　这项研究探讨了纳米姜黄素（Nano-Cur）与α-晶状蛋白之间的相互作用，采用了多种光谱技术以及电导率、Zeta电位、差示扫描量热法（DSC）测量、分子对接和分子动力学（MD）模拟等方法。研究结果显示，纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间存在强烈的相互作用，这从荧光光谱数据中可以得到验证。在298K的条件下，计算得到的Ksv和Kb值分别为（1.65±0.05）×10^5 M^-1和（1.13±0.05）×10^5 M^-1，这些数据表明纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间有显著的结合能力。随着温度的升高，Ksv和Kb值的下降表明了动态和静态猝灭模式的共同作用，这是蛋白质与小分子相互作用中常见的现象。

研究进一步分析了热力学参数，包括ΔH0（-83.22 kJ/mol）和ΔS0（-179.18 J/mol/K），这些参数的负值说明了纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间的结合过程受到范德华力和氢键的主导。负的ΔG0值则表明该结合过程是自发进行的，意味着在没有外部能量输入的情况下，这种相互作用具有较高的倾向性。同步荧光光谱的结果显示，纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间形成了复杂的结合结构，特别是在色氨酸（Trp）残基附近，而不是酪氨酸（Tyr）残基附近。这种复杂的结合形式进一步通过共振光散射（RLS）强度的提升得到了确认。

此外，研究还通过荧光共振能量转移（FRET）技术确定了供体和受体之间的距离为3.38纳米，这一结果进一步支持了纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间存在高亲和力的接触和结合。圆二色光谱（CD）分析的结果表明，随着纳米姜黄素浓度的增加，α-晶状蛋白中α-螺旋的比例从14.83±0.09%降低到13.81±0.09%，而β-折叠的比例则从44.71±0.09%增加到47.11±0.09%。这一变化说明了α-晶状蛋白在纳米姜黄素作用下发生了构象变化，这种变化可能对蛋白质的功能产生重要影响。

电导率测量的结果显示，在α-晶状蛋白与纳米姜黄素形成的复合物中存在可离子化的基团的传递，这表明了复合物中可能发生了电荷分布的变化，这种变化可能影响蛋白质的物理性质和生物活性。根据相对吸光度的研究，α-晶状蛋白在无纳米姜黄素和有纳米姜黄素存在时的变性温度（Tm）分别为53.3°C和57.9°C。这一结果表明，纳米姜黄素的加入提高了α-晶状蛋白的热稳定性，从而可能增强了其在维持晶状体透明度和预防白内障方面的功能。

Zeta电位的测量结果显示，纳米姜黄素诱导了α-晶状蛋白结构的构象变化，这一结论与动态光散射（PDI）和等温滴定量热法（ITC）的测量结果一致。这些数据表明，纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间的相互作用不仅改变了蛋白质的物理结构，还可能影响其在细胞内的功能表现。分子对接和分子动力学模拟的结果进一步显示，姜黄素在与α-晶状蛋白相互作用方面具有良好的能力，这为理解其作用机制提供了理论支持。

α-晶状蛋白是哺乳动物晶状体的主要蛋白质，属于小热休克蛋白家族。它不仅在维持晶状体透明度方面发挥重要作用，还与细胞骨架和细胞膜的物理和功能相互作用。α-晶状蛋白的构象变化可能影响其在细胞内的功能，进而导致晶状体细胞病理变化。α-晶状蛋白以αA和αB两种亚型存在，它们的结构和功能略有不同，且在哺乳动物中具有35%的同源性。这两种亚型的比例为3:1，其变化与白内障和肌病等疾病的发生密切相关。此外，αB-晶状蛋白在多种神经系统疾病中表现出过表达的现象，这表明其在细胞保护和基因表达调控中可能具有重要作用。

姜黄素（CUR）是一种从姜黄根茎中提取的橙黄色多酚化合物，通常作为调味品和食品补充剂使用。它在多种信号通路中表现出多靶点调节能力，能够靶向细胞表面分子并发挥保护作用，涉及消化、心血管和神经系统等多个器官和系统。姜黄素具有广泛的健康益处，包括抗炎、抗菌、抗癌、抗阿尔茨海默病和抗真菌等特性。近年来，越来越多的研究关注其在眼科疾病治疗中的潜力。例如，一些研究评估了姜黄素在干眼症（DED）治疗中的作用，显示其在轻度至中度病例中具有良好的安全性和有效性。这些研究还表明，姜黄素能够有效改善泪膜稳定性、泪膜高度（TMH）和脂质层厚度（LLT），同时减少眼球红肿现象。

此外，姜黄素在治疗甲状腺眼病（TED）中的作用也得到了关注。一项随机对照试验显示，每日摄入80毫克姜黄素或30毫克姜黄素与标准治疗结合，能够显著降低TED患者的临床活动评分（CAS）。这些研究结果表明，姜黄素在眼科疾病治疗中具有一定的应用前景。同时，姜黄素在减轻砷中毒对晶状体的毒性方面也显示出保护作用，这为其在预防和治疗环境相关性眼部疾病提供了新的思路。

然而，姜黄素在实际应用中面临诸多挑战，如其在水性缓冲液中的溶解度较低、在体液中的稳定性较差以及在消化道中被快速代谢。这些问题限制了其在临床治疗中的应用效果。因此，开发纳米递送系统成为提高姜黄素生物利用度和治疗效果的重要策略。纳米递送系统能够改善姜黄素的溶解性、生物相容性和药效，使其更有效地发挥治疗作用。目前已报道的姜黄素纳米制剂包括纳米胶囊、纳米颗粒、脂质体、胶束、纳米球、环糊精、固体脂质纳米颗粒、智能薄膜、纳米凝胶、纳米乳剂、纳米喷雾、树状聚合物、纳米纤维、纳米结构脂质载体、微球、类脂体、前脂质体、乙osomes和前niosomes等。这些纳米制剂在提高药物生物利用度方面表现出显著优势，特别是在纳米乳剂的使用上，其能够有效提升药物的吸收效率。

纳米乳剂作为一种油-水型的纳米递送系统，具有诸多优点，如“绿色化学”特性、易于制备、高效、低成本以及使用环保材料等。这些特点使其在药物输送领域受到广泛关注。例如，一项研究显示，通过将姜黄素制成纳米乳剂，其生物利用度提高了7倍。另一项研究则显示，通过纳米乳剂技术，维生素E的生物利用度提高了1.6倍，而其他研究也报道了类似的效果。这些结果表明，纳米乳剂在提高药物生物利用度方面具有巨大的潜力。

在本研究中，为了进一步探讨纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间的相互作用，采用了多种光谱技术和物理化学方法。研究的目的是确定其结合特性，如结合常数、结合机制、热力学参数以及纳米姜黄素对α-晶状蛋白构象变化的影响。这些研究结果不仅有助于理解纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间的相互作用机制，还可能为未来的眼科疾病治疗提供新的思路和方法。

总之，这项研究通过综合运用多种分析方法，揭示了纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间复杂的相互作用。研究结果表明，纳米姜黄素能够有效与α-晶状蛋白结合，这种结合不仅影响了蛋白质的构象，还可能增强了其在维持晶状体透明度和预防白内障方面的功能。同时，纳米姜黄素的使用可能提高了其在治疗眼科疾病中的应用效果，这为未来的药物开发和临床研究提供了重要的理论依据和实验支持。通过深入理解纳米姜黄素与α-晶状蛋白之间的相互作用，有望为眼科疾病的治疗开辟新的途径。