藥物小分子與蛋白質(zhì)大分子相互作用的研究文獻綜述

1、文獻綜述藥物小分子與蛋白質(zhì)大分子相互作用的研究摘要：藥物小分子與蛋白質(zhì)大分子的相互作用對闡明藥物的運輸和代謝以及了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功 能關(guān)系有著重要的意義，本文討論了藥物分子與蛋白質(zhì)大分子相互作用的模式，解釋了該模型形成 的原因及影響因素；總結(jié)了近幾年來國內(nèi)外相關(guān)研究方法的研究進展，通過熒光光譜法、紫外光譜 法，紅外光譜法，圓二色譜法，揭示藥物分子與蛋白質(zhì)大分子相互作用的熒光猝滅機制、結(jié)合常數(shù)、 結(jié)合數(shù)、作用力類型以及藥物分子對蛋白質(zhì)構(gòu)象的影響等，從而能夠為生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)的提供藥 物與蛋白質(zhì)相互作用時藥物在生物體內(nèi)的吸收、分布、排泄、代謝、轉(zhuǎn)化的各種信息。關(guān)鍵詞：藥物分子；蛋白質(zhì)大分子；相互

2、作用1引言各種藥物與人類的生活和健康密切相關(guān)。研究藥物分子與蛋白質(zhì)相互作用對闡明藥物的運輸和 代謝以及了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系有著重要的意義。藥物分子進人血液后隨著血液循環(huán)分布于 全身，必然不同程度地與血漿蛋白 （主要是血清白蛋白）結(jié)合。血清白蛋白是血漿中最為豐富的蛋白質(zhì)， 它能與許多內(nèi)源及外源化合物結(jié)合，并能結(jié)合生物體內(nèi)存在的多種微量元素。所以，藥物與血清白 蛋白的結(jié)合直接影響藥物在生物體內(nèi)的分布、貯存、轉(zhuǎn)運、藥效、藥物代謝以及毒副作用等方面的 性質(zhì)。研究藥物分子與血清白蛋白的相互作用，建立藥物與蛋白質(zhì)結(jié)合的體外模型，不僅對于揭示 體內(nèi)藥物動力學(xué)問題、指導(dǎo)臨床合理用藥具有一定意義，而且對于

3、進行藥物分子設(shè)計、開發(fā)新藥等 也具有重要的指導(dǎo)意義1。2藥物與蛋白質(zhì)相互作用模式藥物小分子與血清白蛋白之間的相互作用主要有氫鍵、范德華力、靜電引力、疏水作用力等。 氫鍵為和負電性原子或原子團共價結(jié)合的氫原子與鄰近的負電性原子（往往為氧或氮原子）之間形 成的一種非共價鍵。在保持 DNA、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和磷脂雙層的穩(wěn)定性方面起重要作用。分子間作 用力被稱為范德華力，按其實質(zhì)來說是一種電性的吸引力。疏水力在蛋白質(zhì)多肽鏈的空間折疊、 生物膜的形成、生物大分子之間的相互作用以及酶對底物分子的催化過程中常常起著關(guān)鍵的 作用。非極性分子之間或分子的非極性基團之間在水環(huán)境中相互吸引并聚集在一起，而把原 來處在

4、非極性基團附近的水分子排擠出去，結(jié)果使周圍水分子的嫡值增加。這種相互作用力 可以促使蛋白質(zhì)大分子在其接近表面的地方折疊形成一定的裂隙構(gòu)造，形成無水的微環(huán)境，這有時對于酶與底物分子結(jié)合或受體與配體分子的結(jié)合是必需的。藥物小分子與DNAf互作用 主要有非共價鍵結(jié)合、共價鍵結(jié)合和剪切作用三種模式。非共價鍵結(jié)合又分為靜電結(jié)合、溝槽結(jié)合和嵌插結(jié)合三種模式。3研究方法近年來，人們采用多種現(xiàn)代實驗手段從不同角度對藥物與血清白蛋白之間的作用進行了廣泛研 究。目前常用的方法有：熒光光譜、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜、紫外光譜法、核磁共振、圓二色光譜、 質(zhì)譜、電化學(xué)、電泳等方法。熒光光譜法熒光光譜法是研究生物大分子與小分子

5、、離子相互作用的重要手段2,3 ,它能提供包括激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、斯托克斯位移、熒光強度、量子產(chǎn)率、熒光偏振和熒光壽命等參數(shù)。通過對這些參數(shù)的 測定，可以推斷蛋白質(zhì)分子在各種環(huán)境中的構(gòu)象變化、色氨酸或酪氨酸殘基的微環(huán)境變化、蛋白質(zhì) 的變性等，從而進一步闡明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。同時，熒光光譜法還具有靈敏度高、選擇性 強、用樣量少、方法簡便等優(yōu)點，因此在研究藥物小分子與蛋白質(zhì)相互作用中熒光光譜占有重要地 位4,5 。熒光光譜法是研究小分子與血清白蛋白相互作用的主要手段，也是目前研究較為活躍的方法。蛋白質(zhì)中色氨酸、酪氨酸的存在使其具有內(nèi)源熒光，在345nm處有最大熒光峰。隨著藥物的加入，人血清白

6、蛋白（HSA）或牛血清白蛋白（BSA）的熒光強度有規(guī)律的降低，說明藥物對HSA或BSA有熒光猝滅作用。根據(jù)猝滅曲線可以求得藥物與HSA（或BSA）的結(jié)合常數(shù)，確定猝滅類型。根據(jù)熒光光譜和吸收光譜可獲得藥物與 HSA（或BSA）的結(jié)合位點數(shù)，及藥物與HSA、BSA上色氨酸殘基的距離，根據(jù)反應(yīng)始變、嫡變確定它們之間的相互作用力。另外根據(jù)發(fā)射波長的移動可以判斷蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化。張勇等6利用熒光猝滅法研究了絲裂霉素與血清白蛋白以及金屬離子間的相互作用，結(jié)果表明血清白蛋白與絲裂霉素的結(jié)合常數(shù)Khsa=1.64 04mol/L、Kbsa=1.89 dmol/L, Fe3+、Zn2+、Mg2+存在使結(jié)合常數(shù)

7、降低，Cu2+使結(jié)合常數(shù)增大。絲裂霉素與牛血清白蛋白的結(jié)合位點數(shù)為l,絲裂霉素距色氨酸殘基距離HSA=4.24nmjBSA =3.76nm。它們之間的相互作用力為疏水作用力。黃波等7研究了阿霉素與牛血清白蛋白結(jié)合作用，結(jié)果表明阿霉素的加入使BSA的構(gòu)象發(fā)生了變化。盧繼新等9研究了在金屬離子存在下甲氨喋吟、疏喋吟與血清白蛋白間的相互作用，研究表明金屬離子存在使藥物與血清白蛋白之間的結(jié)合增強、結(jié)合位點數(shù)發(fā)生改變。文獻10副研究了氯丙嗪和氯高鐵紅素與牛血清白蛋白的相互作用，結(jié)果表明氯高鐵紅素可以增強氯丙嗪對的BSA猝滅作用，使BSA的構(gòu)象發(fā)生變化。文獻11,12則報道了抗生素類藥物與血清白蛋白結(jié)合的

8、作用模式。近年來該法也用于中草藥中有效成分與蛋白質(zhì)相互作用的研究13-16,得出一些有益的結(jié)論。紅外光譜法紅外光譜是研究小分子藥物與血清白蛋白相互作用的新方法，它可以從蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化的 層次來探討其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。謝孟峽等17運用蛋白質(zhì)紅外光譜酰氨出帶和酰氨I帶結(jié)合的方法對人血清白蛋白與 伊1, 2, 3, 4, 6-五-0-倍酰-D-葡萄糖（PGG）作用后二級結(jié)構(gòu)的變化進行了定量 分析，結(jié)果表明隨著藥物濃度增加，PGG和HSA之間的相互作用主要使HSA的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生了 a螺旋向3轉(zhuǎn)角和無規(guī)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。劉媛等18應(yīng)用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜研究了中草藥三七總皂其對牛血清白蛋白溶液構(gòu)象

9、的影響，實驗表明隨著三七總皂莉濃度增加，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生 了由螺旋向折疊的轉(zhuǎn)化。謝孟峽等19研究了 4、5、7-三羥基二氫黃酮與人血清白蛋白相互作用方式。紫外光譜法DNA分子中的堿基具有光學(xué)活性，在260nm波長附近有最大吸收。熱和堿的作用可破壞DNA雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)使雙鏈變單鏈，260nm波長處吸光度增大。小分子與DNA結(jié)合后會給這種變性帶來影響， 可通過觀察藥物小分子與 DNA作用前后，260nm處吸光度隨溫度或pH變化來判斷藥物與 DNA作用方 式。當(dāng)藥物小分子與DNA發(fā)生嵌插結(jié)合時，由于插到DNA雙螺旋堿基中的小分子對 DNA結(jié)構(gòu)起到穩(wěn) 定作用，可使DNA變性溫度Tm值顯著上升20,

10、21, DNA堿變性pH值會相應(yīng)增大，增色效應(yīng)相應(yīng)減小 20。文獻22用堿變性曲線研究了有機錯配合物（Ge132）與DNA的作用方式，初步判斷Ge132以嵌插方式與DNA發(fā)生作用。藥物小分子與 DNA發(fā)生嵌插結(jié)合時也會引起吸收帶的紅移（藍移）現(xiàn)象或增色減色效應(yīng)。吸光度減小，吸收帶紅移及等吸收點的形成是小分子與DNA發(fā)生嵌插作用的光譜標志23。曹瑛等24用紫外光譜研究了吩曝嗪類藥物與DNA的作用，結(jié)果表明具有平面吩曝嗪環(huán)的三種藥物鹽酸氯丙嗪（CPZ）、鹽酸三氟拉嗪（TFD）、鹽酸異丙嗪（PMZ）與DNA作用的電子光譜不同。CPZ在306nm處有最大吸收，在約330nm處形成等吸收點，說明 CPZ

11、與DNA發(fā)生了嵌插作用，而TFD和PMZ 卻沒此現(xiàn)象出現(xiàn)，說明它們與DNA作用方式不同于CPZ。核磁共振法核磁共振法可以定量確定結(jié)合位點的化學(xué)變化，直接檢測和識別結(jié)合體。在研究藥物-蛋白質(zhì)結(jié)合物的穩(wěn)定性及影響因素，藥物分子的構(gòu)效關(guān)系及簡化藥物篩選過程中發(fā)揮著獨特作用。Sulkowaska等25朝研究了阿糖胞甘、阿斯匹林與牛血清白蛋白的相互作用，研究表明在阿斯匹林存 在下可使阿糖胞甘與牛血清白蛋白的親和力減弱。Chen等26報道了人血清白蛋白、水楊酸、葡萄糖及維生素C混合物相互作用機理。3.5圓二色光譜圓二色光譜是研究核酸、蛋白質(zhì)構(gòu)象的一種很有用的工具，根據(jù)DNA在260nm處的吸收可以提供有關(guān)

12、其結(jié)構(gòu)的信息。張朝紅等27研究了丁基錫化合物與牛血清白蛋白的相互作用，基于圓二色光譜的研究發(fā)現(xiàn)，該化合物引起 BSA的構(gòu)象變化和螺旋含量減少。Shaikh28研究了抗炎解鎮(zhèn)痛藥尼美 舒利與牛血清白蛋白的相互作用，結(jié)果表明尼美舒利可以使 BSA的構(gòu)象發(fā)生改變。 文獻24報道了利膽藥二甲氧羥香豆與牛血清白蛋白的相互作用機理。國內(nèi)外化學(xué)工作者在藥物分子與蛋白質(zhì)相互作用方面的研究已有多年的歷史，包括多種西藥和中藥活性組分，力求建立一套完整的藥物分子與蛋白質(zhì)相互作用的光譜數(shù)據(jù)庫。Shahper N. Khan29等曾用熒光光譜研究鹽酸米托慈醍與人血清白蛋白相互作用，探討了猝滅機理并結(jié)合理論計算得到 了結(jié)

13、合常數(shù)、結(jié)合位點數(shù)、藥物與色氨酸殘基間的距離以及作用力類型?？傊瑢τ谒幬镄》肿优c 血清白蛋白復(fù)雜體系的研究，僅僅用單一方法是遠不能令人滿意的，必須綜合運用各種方法和手段 進行全方位的研究才能得到比較可靠的結(jié)論。4展望藥物分子與蛋白質(zhì)作用機理的研究與應(yīng)用是醫(yī)學(xué)、藥理學(xué)、化學(xué)、分子生物學(xué)、生命科學(xué)中的 重要課題。近年來，藥物分子與生物大分子之間相互作用的基礎(chǔ)研究已逐漸成為國內(nèi)外學(xué)界、業(yè)界 關(guān)注的熱點，開展這方面的研究工作是化學(xué)學(xué)科未來發(fā)展的趨勢之所在。熒光光譜法作為研究溶液 中蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的一種有效方法，能夠提供藥物與蛋白質(zhì)相互作用時藥物在生物體內(nèi)的吸收、分 布、排泄、代謝、轉(zhuǎn)化的信息。為了能

14、更系統(tǒng)化深人的研究，我們力求得到更完整的熒光光譜數(shù)據(jù)，以達到建立指紋熒光圖譜的目的。對用光譜法未顯示出相互作用的藥物-蛋白質(zhì)體系，建立新的研究方法來探求它們相互作用的機理與模式。由于蛋白質(zhì)構(gòu)象的復(fù)雜性，應(yīng)該綜合運用多種實驗方法研究同一課題，利用方法之 間的互補，相互進行比較、對照，以獲得更多、更可靠的信息。未來的趨勢必將是探索熒光分析新 方法，與計算機技術(shù)緊密結(jié)合，研制出自動化程度高，獲得和處理信息速度快的熒光分析儀器以充 分發(fā)揮藥物熒光分析靈敏度高、選擇性好及可提供光譜信息多、簡便易行的優(yōu)點，同時借助計算機 技術(shù)，進一步完善分子模擬效果，深化藥物分子對蛋白質(zhì)活性部位結(jié)合特征的探試，并與實驗結(jié)

15、果 作比較，從而得到藥物分子與蛋白質(zhì)相互作用的最可靠信息。參考文獻1余軍平.熒光光譜法在藥物分析及藥物與生物分子作用中的應(yīng)用研究D.武漢：武漢大學(xué)，2004.2JOHN C C , DVAID D J , ROBERT R L.Fluorescence spectroscopy in biochemistry:teaching basicprinciples with visual demonstrationsJ . Biochem.Mole.Biology Edu . 2001,29: 60-65 .3BROWN M P , ROYER C.Fluorescence spectroscopy

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