探秘喜树碱类药物与牛血清白蛋白的相互作用：解锁药物递送新密码

研究人员为解决喜树碱（CPT）类药物临床应用难题，研究其与牛血清白蛋白（BSA）相互作用，为药物递送系统设计提供依据。

　　

喜树碱类药物的困境与探索之旅

在抗癌药物的世界里，喜树碱（CPT）及其衍生物曾被寄予厚望。CPT 是从喜树的根、树皮和果实中提取的一种五环喹啉生物碱，它能精准地瞄准 DNA 拓扑异构酶 I（TopI），通过形成稳定的 “药物 - TopI - DNA” 三元复合物，打乱 DNA 复制的节奏，从而展现出强大的抗肿瘤活性，对肺癌、胃癌、膀胱癌和乳腺癌等多种癌症都有疗效。

然而，CPT 类药物就像带着 “枷锁” 的战士，在临床应用的战场上困难重重。它的水溶性极差，稳定性欠佳，在体内的半衰期很短，还会产生明显的毒副作用。即便经过结构改造诞生的 10 - 羟基喜树碱（10 - HCPT）、拓扑替康（TPT）和伊立替康（CPT - 11）等衍生物，虽然在某些方面有所改善，但仍面临着诸多挑战。比如 10 - HCPT 和 CPT 一样水溶性不好，限制了药物的吸收利用；TPT 和 CPT - 11 则会引发骨髓抑制、胃肠道反应等严重副作用，还容易使癌细胞产生耐药性，大大降低了治疗效果。

为了让这些药物更好地发挥抗癌作用，科研人员一直在寻找新的突破口。牛血清白蛋白（BSA）因其良好的生物相容性、长循环时间、靶向能力、可修饰性和增溶特性，成为了理想的药物载体 “候选者”。研究 BSA 与 CPT 类药物的相互作用，就像是在寻找打开药物递送大门的钥匙，对于优化纳米载药颗粒的设计、提高药物疗效至关重要。于是，海南医学院的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在了《Scientific Reports》上。

研究方法：多技术联合 “作战”

研究人员采用了多种技术手段来深入探究 BSA 与 CPT 类药物的相互作用。利用紫外 - 可见光谱（UV - Vis spectroscopy），通过观察 BSA 在与药物结合前后吸收光谱的变化，了解药物与蛋白之间的相互作用情况。荧光光谱（fluorescence spectroscopy）则发挥了重要作用，基于 BSA 中色氨酸（Trp）和酪氨酸（Tyr）残基的固有荧光，通过光谱滴定实验，不仅能定量评估药物与 BSA 的结合常数，还能分析结合过程中的荧光淬灭机制。此外，分子对接（molecular docking）技术从原子层面可视化药物 - 蛋白复合物的三维结构，揭示关键结合位点和相互作用力。

研究结果：相互作用的 “神秘面纱” 被揭开

1. UV 光谱：揭示分子间的微妙变化：UV 光谱显示，加入 CPT、TPT、10 - HCPT 和 CPT - 11 后，BSA 在 280nm 处的吸收峰发生蓝移。这表明药物与 BSA 发生了相互作用，改变了 BSA 分子的电子结构和能级，同时也意味着芳香族氨基酸残基周围的疏水性增强。不同药物引起的蓝移程度不同，反映出它们与 BSA 的结合位点、亲和力和相互作用模式存在差异。
2. 荧光光谱：定量分析结合特性：荧光光谱研究发现，随着 CPT 类药物浓度增加，BSA 的荧光强度下降，且发射波长发生蓝移，这表明药物与 BSA 形成了包合物，并且导致 BSA 构象发生变化。通过 Job’s 法确定了 BSA 与 TPT 的结合比为 1:1，说明 CPT 类药物与 BSA 可能是一对一结合。通过 Stern - Volmer 方程分析，证实了药物与 BSA 的荧光淬灭是静态淬灭机制。结合常数（Kb?）计算结果显示，不同药物与 BSA 的结合能力不同，其中 CPT - 11 的结合常数最大，表明其与 BSA 的亲和力最强，这与其复杂结构中含有的大亲水基团有关，能增强氢键和静电相互作用；而 CPT 的结合常数相对较低，主要靠疏水作用与 BSA 结合。
3. 热力学分析：解读结合驱动力：对 TPT 和 CPT - 11 与 BSA 的相互作用进行热力学分析发现，TPT 与 BSA 的结合主要由氢键（ΔH=?10.96 kJ?mol?1）和疏水作用驱动，而 CPT - 11 与 BSA 的结合则以静电作用为主（ΔH=?86.77 kJ?mol?1），但伴有显著的熵损失（ΔS=?0.161 kJ?mol?1?K?1）。这表明不同药物与 BSA 的结合机制存在明显差异。
4. 三维荧光光谱：洞察微观环境变化：三维荧光光谱分析显示，加入药物后，BSA 的荧光强度降低，最大发射峰蓝移，这意味着药物进入了 BSA 的疏水结合口袋。其中，CPT - 11 与 BSA 的结合亲和力最强，对 BSA 的整体构象影响较大，这进一步验证了前面的结论。
5. 结合位点鉴定与分子对接：锁定结合位置与机制：通过竞争实验，以华法林和布洛芬为位点标记，发现大多数 CPT 类药物主要结合在 BSA 的 Sudlow site I，部分药物与 Site II 也有相互作用。分子对接模拟结果也证实了这一点，并且展示了不同药物与 BSA 结合的详细模式，发现氢键和疏水相互作用是主要的结合驱动力。

研究结论与意义：照亮药物递送新方向

这项研究综合多种技术，深入揭示了 CPT 类药物与 BSA 的相互作用机制。研究表明，CPT 类药物主要通过氢键和疏水相互作用与 BSA 形成稳定复合物，且不同药物的结合机制存在差异。分子对接结果与实验观察一致，进一步确定了结合位点在 Sudlow site I。这些发现为理解 CPT 类药物与蛋白质的相互作用提供了宝贵信息，为开发基于白蛋白的药物递送系统、优化药代动力学特性奠定了坚实基础，有望解决 CPT 类药物临床应用的难题，为癌症治疗带来新的希望。未来，基于这些研究成果，或许能开发出更高效、低毒的抗癌药物递送系统，让癌症患者受益。