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表面等离子共振技术测定**与人血清白蛋白的相互作用

日期:2025-04-27 14:49
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摘要:
表面等离子共振技术测定**与人血清白蛋白的相互作用

     摘要目的 应用表面等离子共振技术(SPR)建立一种新的测定白蛋白与化合物相互作用的方法。方法将人血清白蛋白(HSA)固定在CM5芯片表面。不同化合物的溶液流经固定于芯片表面的HSA,SPR显示在芯片表面的折射系数变化。分析软件处理数据,用HSA流通池得到的数据减去参比池得到的数据进行拟合,确定结合常数。结果 所有测试**与固定的HSA可逆结合。紫草素1的平衡结合常数KA 为3000L·mol-1。SPR样品需要量*小而且能够自动分析,还可以直接检测小分子(Mr308~585)结合,使之适用于评价**与HSA相互作用。结论 HSA主要的**键合位点没有因为被固定到芯片表面而破坏。验证了SPR可以准确简易测定化合物的结合解离。

   关键词:表面等离子共振技术;血清白蛋白;药代动力学

中图分类号:R965.2
文献标识码:A
文章编号:10003002(2007)02014705


     白蛋白是血浆中含量*丰富的蛋白,因此它对**的分布的影响十分重要。许多化合物能够与白蛋白可逆性的结合。**与白蛋白结合能力强,血液中的游离浓度少,致使其生理活性低。当游离**通过各种途径消除时,循环系统中的**蛋白结合物解离,补充游离**,从而延长**作用时间。因此,在目的生理活性和副作用的微妙平衡之间,**的蛋白结合水平是一项重要的影响因素。理想情况下,每一候选**的游离浓度都应该在应用该**的病人体内测量到。早期测定蛋白结合水平和其他**代谢动力学参数,对**开发很重要。因此需要简单测定蛋白结合水平的方法。目前常用的方法包括平衡透析法、超滤法、超速离心法、分光光度法、亲和与分子排阻色谱以及电泳法。这些方法或依赖于分离结合与游离的**,或需要改变内部参数,例如蛋白迁移或**蛋白结合物的电泳特性。为了使**蛋白相互作用研究简单化,通常会使用单一的蛋白,如白蛋白或α1糖蛋白单体代替血液或血浆[1]。这些方法在筛选多**的蛋白结合时非常有用。有报道,应用固定人血清白蛋白(humanserumalbumin,HSA)的高效液相色谱真实反映了**与HSA的结合[2]。

     这些研究结果鼓励作者应用生物传感技术进行血浆蛋白亲和力分析。BIAcore系统由微型液体流动系统、传感器芯片和表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance,SPR)光学检测系统3个核心部分组成[3]。SPR是一种监测结合动力学非常有用的方法,称为表面等离子体共振技术。广泛应用于研究各种分子相互作用的特性,包括抗体抗原结合、配基受体结合以及蛋白和DNA、碳水化合物、小分子和其他蛋白的结合。生物传感技术的主要优点为[4]:可以直接检测化合物的结合不用放射性标记,样品消耗量低、分析自动迅速。本实验基于单浓度样品测试,通过与参照化合物的对比测定目标化合物的亲和常数。

    1 材料与方
     1.1 药品、试剂、仪器  
  1,5二咖啡酰奎宁酸(1,5dicaffeoylquinicacid,IBE5),**医学科学院放射医学研究所;紫草素1(shikonin1,AKJ1),北京金本草中药科技有限公司;17烯丙胺基17脱甲氧基格尔德霉素〔17(allylamino)17demethoxygeldanamyin,17AAG〕,深圳生尔易美公司;椒苯酮胺(pepperphentonamine,JBAT),中国科学院**研究所;来福昔布(lefucoxib,LE
FU),中国人民解放军301医院;埃坡霉素(epothiloneD,UTD1),北京华昊中天生物技术公司;华法
林(warfarin),Sigma;西格列他钠(chiglitazar,CS38)与西达苯胺(chidamide,CS55),深圳微芯生物科技有限公司;HSA,Sigma。N羟基琥珀酰亚胺(Nhydroxysuccinimide,NHS),N乙基N二甲基氨丙基碳二亚胺(NethylNdimethylaminopropylcarbodiimide,EDC),瑞士BIAcoreAB公司。

    
        BIAcore3000生物传感器,瑞士BIAcoreAB公司。CM5传感芯片,瑞士BIAcoreAB公司。

      1.2 芯片表面活化和白蛋白的耦联固化
      按操作说明书将人血清白蛋白耦联固化于CM5传感芯片上。即用0.2mol·L-1 EDC和0.05mol·L-1NHS活化CM5表面7min后,HSA样品用醋酸钠(pH5.2)稀释为20mg·L-1,耦联到CM5的FC3通道,HSA进样7min后用乙醇胺封闭7min。*终固定水平为19000反应单位(responseunit,RU),见图1。活化条件相同但表面没有固定HSA的FC2通道设为空白参比。

  
     1.3 样品测试
      化合物用DMSO溶解为母液,用HBS(mmol·L-1:HEPS10;NaCl150;EDTA3)稀释为DMSO含量不大于3%的样品溶液。化合物同时注入参比流通池和HSA流通池,结合反应在22~24℃,pH7.4条件下进行,流速为20μL·min-1。每个循环包括1min的休息时间以监测基线稳定性,2min注射样品,1min解离期。AKJ1亲和常数测定,以HBS缓冲液系列稀释AKJ1为197,121,68.4,36.6和3.9nmol·L-1,将系列稀释AKJ1与耦联固化在芯片上的白蛋白反应。记录梯度浓度化合物的结合,每一浓度重复测定1次。

      1.4 数据处理
     SPR信号以信号图形式从BIAcore仪器传递到BIAcore3000控制软件中,Biaevaluation分析软件处
理数据,用HSA流通池得到的数据减去参比池得到的数据进行拟合,确定结合常数。为了得到KD 值和饱和浓度的响应(Rmax),化合
物不同浓度(c)的响应(Req)符合方程:

    Rep/Mr=cRmax/(c+KD)[5] (1
公式中单位点结合的饱和水平Rmax值相同,Rmax作为一个全局参数,不同化合物的剂量响应曲线用相同的Rmax分析,而KD 作为一个局部参数对每个化合物是不同的。本实验中利用文献报道[6]的华法林的KD 和本实验数据计算Rmax作为全局参数
计算其他化合物的KD 值。应用结合百分比平衡方程对比用此方法测得的KD 值与本实验室得到数据的一致性:

 
 [HSA]×[Drug]/[Drugcomplex]=KD (2)

设定体内血清中白蛋白的浓度为0.68mmol·L-1[5],x为总体**浓度,p为结合的百分比。方
程2转化为:
  (0.68-xp)×(x-xp)/xp=KD[5-6](3)

  可以利用此公式计算已知结合百分比**在某一浓度的亲和常数。

     2 结果
     2.1 固定人血清白蛋白的活性和稳定性
   
  HSA主要的**键合位点没有因为被固定到芯片表面而破坏。所有测试**与固定的HSA可逆结合。进样几秒钟范围内即可以取得稳态反应。进样完毕**解离迅速,信号立即回归基线。165nmol·L-1的华法林与HSA结合的响应为45RU。在作者测试的所有**中,只有17AAG与HSA表面的结合能力较低,其他**的结合能力与华法林相似。**与HSA的结合强度随着时间的的延长会有一定程度的下降,但不影响同一批样品的响应。
   
     2.2 平衡常数的测定
     图2是AKJ1的剂量效应曲线。AKJ1的响应规律经软件拟合显示单位点结合。AKJ1与HSA芯片结合3min后,用缓冲液洗涤,SPR实时监测得到AKJ1和HSA结合解离的SPR时间变化曲线。由AKJ1与HSA的结合和解离过程可见AKJ1与HSA
的初期结合迅速,但随时间延长而减缓,洗涤时AKJ1的解离相对缓慢。分析软件根据不同浓度响应值的变化计算AKJ1与HSA的结合速率ka=8.17L·mol-1·s-1;解离速率kd=2.72×10-3 s-1;平衡解离常数KD =kd/ka=0.33mmol·L-1,平衡结合常数KA =3000L·mol-1。

      2.3 高通量测定化合物与人血清白蛋白的相互作用

      用高通量的方法分析解离常数,选定的**浓度高到可以给出合理的响应信号,同时也低到可以避免**与多个HSA结合位点结合。他们的分子量范围在308~585之间,之前用平衡透析法测定这些化合物与HSA结合水平在80% ~99.9%之间。为了得到不同化合物的结合解离常数,用单结合位点模型拟合数据。采用方程1限定*大反应(Rmax)为整体参数而KD 为局部参数。HSA固定当天BIAcore测定的解离常数和本实验室测定的解离常数见表1,亲和力范围在0.23~85.9μmol·L-1之间,证明整体拟和方程可以用于确定100倍范围的亲和力。

     2.4 表面等离子共振技术测定的结合百分比与其他方法的相关性
     平衡解离常数与结合百分比之间的转换需要应用质量守恒定律同时假定化合物与HSA的结合比例为1∶1,作者应用方程3将SPR测定的KD 转换为结合百分比。假设HSA的浓度为0.68mmol·L-1,**浓度为0.165mmol·L-1。用SPR取得化合物的百分比与其他方法的结果见表1,说明用SPR方法测定化合物与HSA结合百分比的可行性。为了确定单一浓度是否适合测定化合物与HSA的KD,
选择将SPR测定多浓度拟合的KD 值与单浓度整体方法计算的KD 值比较,结果非常相似,见表1中AKJ1亲和力测定结果。


      3 讨论
      早期的药代动力学特性评价可以补足**与其药理靶点相互作用数据。汇总后的数据使人们对**功能有更**的了解,也有利于将他们开发为候选**[7]。因为人们对血浆蛋白结合能力强的**特别感兴趣[8]。作者建立了一种基于生物传感技术测定化合物与固定HSA结合能力的方法。用整体拟和方法计算实验得到的平衡数据,确定化合物与HSA的亲合常数。为了与其他方法得到的结果对比,再用方程3将亲合常数转化为结合百分比。尽管SPR结果与其他方法测定的结果并不完全相同,其他方法存在着如样品提取回收率和测定方法定量限较高的问题。考虑到这些,SPR方法与其他方法的结果有差异是可以接受的。作者证实以华法林作为http://www.jon-kon.com/goodsid/fenleier/2853033/1.html标准用整体拟和方法测定单一浓度的结合百分比与多系列浓度的结果相似,这极大的加速了SPR测定亲和力的通量。

      BIAcore方法与其他方法相比:BIAcore方法前处理简单,只需固定HAS,将化合物配置为目的浓度即可测定,而其他方法需要配置样品后离心,透析,样品提取等,操作繁琐;BIAcore方法用时短,每
个样品测定在5min左右完成,而一般的液相测定约10min;BIAcore方法可以同时测定多种样品,SPR测定样品不受样品紫外、荧光吸收、酸碱度不同的影响,而液相测定要根据每个样品的特性建立不同的检测条件;但是BIAcore方法还不是一种已推广的方法,所以费用相对较高,而且HAS固定后如果不在1周内测定,其活性会降低,不能长期使用。本实验室对AKJ1的药代动力学评价的过程中,**在生物样品中的含量测定一直是困扰我们的难题,本实验室已经对它的测定方法进行了详细的研究,包括提取和沉淀方法及液相和质谱条件考
察,通过以上考察作者发现,AKJ1在体内的游离浓度非常低,它在体内可能与离子螯合、与血红素结合或与白蛋白结合,通过本实验作者验证了AKJ1的确与蛋白的结合能力较高。但不是影响体内测定血浆中**浓度的决定因素,至少在单位点结合时。  同时也测定了AKJ1的同系物AKJ2,他们的差别仅在于AKJ2的侧链末端甲基被AKJ1的异丁烯基取代,因此AKJ1可能比AKJ2多出了一段手臂与HSA
结合,与HSA的结合能力更高。良好的重复性和HSA表面的稳定性使SPR技术非常适合预测**的结合水平。这一方法特别之
处在于测定一个样品就可以进行相关研究。而且易操作、提供了必要的信息还避免了复杂的数据分析[9]。SPR还用于测定**与AGP、脂质体[10]和肠绒毛膜[11]的相互作用,将越来越多的应用于**代谢动力学的研究。作者希望BIAcore技术应用于大规模测定化合物与HSA的相互作用和候选**的结合特性。当目的是增加或降低特定量的结合活性时,SPR为临床候选**提供了进行详细结构与活
性研究的可能性。总之,这些特点将使SPR生物传感器对**与HSA相互作用的研究翻开**性的一页。


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