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为探究三甲胺 - N - 氧化物（TMAO）与血清白蛋白的相互作用机制、结合位点及对蛋白质构象的影响，研究人员开展 TMAO 与牛血清白蛋白（BSA）相互作用的研究。结果表明二者形成稳定复合物，揭示了结合机制等。这为相关疾病治疗策略的开发提供了依据。
在人体的微观世界里，肠道微生物群就像一个神秘的 “加工厂”，默默进行着许多不为人知的 “工作”。其中，三甲胺 - N - 氧化物（Trimethylamine-N-oxide，TMAO）便是这个 “加工厂” 生产出的一种关键代谢产物。近年来，越来越多的研究发现，TMAO 与人类的健康和疾病有着千丝万缕的联系。它不仅与代谢性疾病、心血管疾病紧密相关，在结直肠癌、神经系统疾病的发生发展过程中，也扮演着重要角色。然而，TMAO 影响疾病的具体机制却像一团迷雾，尤其是它与血清白蛋白之间的相互作用，一直缺乏清晰、详细的研究。血清白蛋白在血液循环中负责运输各种物质，TMAO 与它的结合情况，对理解 TMAO 在体内的作用至关重要。为了揭开这层神秘的面纱，来自贾瓦哈拉尔?尼赫鲁大学特殊纳米科学中心、国家免疫学研究所基因调控实验室以及可爱专业大学生物工程与生物科学学院的研究人员，开展了一项关于 TMAO 与牛血清白蛋白（Bovine serum albumin，BSA）相互作用的研究 。该研究成果发表在《BMC Chemistry》上，为深入了解 TMAO 的生理功能和相关疾病的治疗策略提供了重要依据。
研究人员为了探究 TMAO 与 BSA 的相互作用，运用了多种先进的技术方法。在实验过程中，采用了多光谱技术，包括紫外 - 可见（UV-vis）吸收光谱、圆二色谱（Circular dichroism，CD）、荧光光谱以及傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy，FTIR），从不同角度观察二者相互作用时的变化。同时，通过接触角测量，分析 TMAO-BSA 复合物的亲水或疏水特性。在计算模拟方面，利用分子动力学（Molecular dynamics，MD）模拟和分子力学 / 广义玻恩表面积（Molecular mechanics/generalized born surface area，MM/GBSA）方法，深入研究复合物的稳定性和结合能。还运用密度泛函理论（Density functional theory，DFT）对 TMAO 进行分子建模和优化，通过刚性分子对接来寻找 TMAO 与 BSA 的结合位点和结合能 。
下面来看具体的研究结果：
- UV-Visible 光谱和荧光研究：UV-Visible 光谱显示，随着 TMAO 浓度增加，BSA 在 280nm 处的吸光度下降，这表明 TMAO 与 BSA 结合形成了复合物，导致吸收值降低。通过 Benesi-Hildebrand 图计算得出，BSA 结构上与 TMAO 结合的位点数量为 4 个。荧光研究发现，加入 TMAO 后，BSA 的荧光强度下降，但最大发射波长不变，Stern-Volmer（SV）图呈现良好线性，表明发生了静态猝灭。进一步分析得出，TMAO 与 BSA 的结合常数（Kb）为 0.28，结合口袋数量（n）为 1.01，且结合过程的吉布斯自由能变（ΔG）为 - 3.15kJ/mol，这意味着 TMAO 能自发与 BSA 结合，且二者的相互作用较弱 。
- CD 研究：CD 光谱用于观察 BSA 与 TMAO 相互作用后的二级结构变化。结果显示，BSA 在 208nm 和 222nm 处的特征性 α- 螺旋结构峰强度随 TMAO 浓度增加而下降，表明 TMAO 与 BSA 发生了相互作用，使 α- 螺旋含量减少，这一结果也通过计算得到验证 。
- FTIR 研究：FTIR 光谱分析证实了 TMAO 与 BSA 形成了共轭物。在指纹区 900 - 1650cm-1的一些峰，对应于 BSA 和 TMAO 的 C-OH、C-N 和 COO - 基团，且 BSA 的酰胺 I 带峰位置未发生变化，说明 BSA 的结构未被破坏 。
- 接触角研究：接触角测量表明，BSA 与 ELISA 板表面形成 91° 的接触角，呈疏水状态；TMAO 的接触角为 82.95°，与板表面结合更强。当 TMAO 与 BSA 形成共轭物后，随着 TMAO 比例增加，接触角持续减小，表明共轭物的亲水性增强 。
- 对接结果：通过理论建模和 DFT 计算优化 TMAO 结构后，进行分子对接发现，TMAO 与 BSA 结合，HIS 67、GLU 243 等氨基酸参与形成氢键和静电相互作用，结合能为 - 3.6kcal/mol，说明二者相互作用较弱。MD 模拟和 MMGBSA 分析显示，TMAO 位于 BSA 的结合口袋表面，BSA 的整体结构在结合 TMAO 后保持相对稳定，且计算得到的 ΔG 为负值，进一步证实 TMAO 与 BSA 形成了稳定的复合物 。
综合以上研究结果，该研究通过多种光学技术和计算方法，深入探讨了 TMAO 与 BSA 的相互作用。研究发现，TMAO 与 BSA 通过氢键、静电相互作用、疏水相互作用和水桥等方式形成稳定复合物，结合能为 - 3.6kcal/mol，且结合过程是自发的。这些发现为理解 TMAO 的药效学和药代动力学奠定了基础，有助于开发针对慢性肾脏疾病、神经系统疾病等与 TMAO 相关疾病的治疗策略。此外，TMAO 与血清白蛋白相互作用的研究，还可能为筛选针对 TMAO 的适体提供帮助，从而实现相关疾病的早期诊断。这一研究成果为生命科学和健康医学领域在 TMAO 相关疾病的研究方面开辟了新的道路，具有重要的理论和实践意义。
