基于自组装和原子力显微镜的药物溶液下血清蛋白及其抗体的相互作用研究

摘要

很多人类疾病都与蛋白质之间的结合/解离情况密切相关，因此从分子水平上研究蛋白质之间的相互作用在生命科学领域具有十分重要的意义。近年来，探测和表征这些蛋白质间的相互作用如何受到小分子的影响，在药物筛选以及医学诊断中扮演着越来越重要的角色。本文以牛血清白蛋白(BSA，抗原)和兔抗牛血清白蛋白(anti-BSA，抗体)为研究对象，以基于自组装和原子力显微镜(AFM)的单分子力谱技术为主，表面等离子共振技术(SPR)为辅，考察了不同溶液环境下抗原/抗体间的相互作用。主要内容如下：通过自组装单分子层法(SAM)法进行蛋白质固定，应用AFM进行不同溶液环境下BSA和anti-BSA的粘附力测试，再通过泊松分布统计法计算得到BSA和anti-BSA单分子对在不同溶液环境下的特异性作用力(Fi)和非特异性作用力(F0)：生理溶液下Fi为98pN，F0为48pN；泰乐菌素溶液中Fi降至54pN；磺胺噻唑钠溶液中F0升至90pN。利用SPR考察了不同溶液环境下BSA/anti-BSA的结合/解离过程，得到了不同环境下BSA/anti-BSA的动力学参数(结合速率ka)：生理溶液中ka为7.07x103M-1s-1；泰乐菌素溶液中ka降至3.34×103M-1s-1；磺胺噻唑钠溶液中ka升至8.97×103M-1s-1。利用AFM考察了不同浓度的药物及同一类型下类似结构的药物对于BSA/anti-BSA间相互作用力的影响情况。以上结果表明大环类脂类抗生素由于其较大的分子空间结构，随着其浓度的上升会掩盖BSA/anti-BSA间特异性结合位点，从而降低单分子对间的Fi；磺胺钠盐类药物随着其浓度的上升会增加整体溶液的离子强度，降低BSA/anti-BSA问的静电排斥力，从而增加其F0；喹诺酮类抗生素作为一种结构较小的非离子型药物，其存在和浓度对BSA/anti-BSA间的相互作用影响不大。综上，基于自组装和AFM的单分子力谱技术作为一种灵敏度很高的力学测量技术，可为筛选、评价与蛋白质疾病相关的治疗药物建立定量的检测方法，为蛋白质相关疾病的病理学、药理学研究提供可靠的力学依据。