通过工程化设计具有黏弹性和黏附性的仿黏膜聚（乙烯醇）/黏蛋白水凝胶，以模拟小肠黏膜的特性

《Journal of Molecular Liquids》：Engineering the viscoelastic and adhesive properties of mucosa-mimetic poly(vinyl alcohol)/mucin hydrogels to model the small intestinal mucosa

研究硫化卟啉衍生物（含苯并噻唑、苯并咪唑等疏水侧链）与牛血清白蛋白（BSA）在不同pH（5.5-6.5和7.4）下的相互作用。结果表明，pH显著影响结合能力及光催化活性：中性pH下形成复合物导致BSA结构紊乱（β-折叠增加，热稳定性降低）；酸性条件下分子以H-自组装形式存在，不破坏BSA结构但提高其热稳定性10℃，且光催化活性减弱。

　　

娜塔莉娅·谢尔盖耶芙娜·列别杰娃（Natalya Sh. Lebedeva）|埃琳娜·谢尔盖耶芙娜·尤里娜（Elena S. Yurina）|萨比尔·谢尔盖耶维奇·古塞诺夫（Sabir S. Guseinov）|阿列克谢·尼古拉耶维奇·基谢列夫（Aleksey N. Kiselev）|米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·列别杰夫（Mikhail A. Lebedev）|伊琳娜·阿列克谢耶芙娜·斯科罗博加特金娜（Irina A. Skorobogatkinna）|谢尔盖·阿列克谢耶维奇·西尔布（Sergey A. Syrbu）

俄罗斯科学院克雷スト夫溶液化学研究所（G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry, Russian Academy of Sciences），地址：阿卡德米亚斯卡亚（Akademiyskaya），伊万诺沃153045，俄罗斯联邦

摘要

卟啉的磺酸盐衍生物的实际应用性能在很大程度上取决于pH值。例如，癌细胞所处的环境比正常细胞（pH=7.2）更为酸性（pH=5.5）。本文研究了pH值在5.5≤pH≤6.5和7.4范围内对含有疏水性侧链取代基（如苯并噻唑、苯并咪唑和苯并噁唑残基）的磺酸盐卟啉与BSA结合能力以及其光催化活性的影响。

通过吸收光谱和荧光光谱分析发现，在pH=7.4时，卟啉以单体形式与蛋白质结合。红外光谱、热化学分析以及稳态和动态荧光测量证实卟啉在蛋白质颗粒内部的定位。研究表明，卟啉与BSA的结合会导致蛋白质中无序结构的比例增加和β-折叠结构的减少，同时降低蛋白质的热稳定性。卟啉-BSA复合物的光照射还会引发蛋白质结构的氧化。

在pH=5.5≤pH≤6.5的范围内，卟啉以H-自结合形式存在，这种形式与BSA相互作用时不会被破坏；卟啉不会改变蛋白质的二级结构，但会使蛋白质的热稳定性提高10°C。光催化活性分析表明，在弱酸性环境中，卟啉会失去光氧化蛋白质的能力。

章节摘录

引言

卟啉在光的作用下生成活性氧（ROS）的能力是光动力疗法（PDT）治疗肿瘤疾病[1] [2]的基础，也是光抑制病原体（PDI）[3] [4] [5]的新方向。随着每年抗药性细菌菌株数量的增加以及新型动物病毒的出现[6] [7] [8]，这一方向变得越来越重要。

材料

所研究的卟啉包括5-[4′-(1′′,3′′-苯并噻唑-2′′-基)苯基]-10,15,20-三(4′-磺苯基)卟啉（S-spor）、5-[4′-(1′′,3′′-苯并噁唑-2′′-基)苯基]-10,15,20-三(4′-磺苯基)卟啉（O-spor）和5-[4′-(N-甲基-1′′,3′′-苯并咪唑-2′′-基)苯基]-10,15,20-三(4′-磺苯基)卟啉（N-spor）（见图1）（具体合成方法见文献[21]）。所有卟啉化合物均进行了光谱表征。

卟啉与BSA在PBS缓冲液中的复合物的UV-Vis和荧光研究结果

图2展示了N-spor和S-spor与BSA滴定过程中的荧光光谱。荧光光谱是在295纳米的激发波长下获得的。随着三种卟啉在蛋白质溶液中的浓度增加，观察到的荧光逐渐减弱。

由于卟啉具有较强的吸收能力（尤其是在高浓度下，见图3），蛋白质中的色氨酸残基的再吸收现象也被考虑在内。

讨论

本研究重点评估了介质pH值对磺酰乙基取代卟啉与血清白蛋白相互作用的影响。同样重要的研究内容是考察了这些卟啉在不同环境条件下参与BSA氧化过程中的光催化活性。在pH=7的生理条件下进行的研究结果有助于评估BSA的传输能力。

结论

本研究揭示了含有疏水性侧链取代基（苯并噻唑、苯并噁唑、苯并咪唑分子）的卟啉与牛血清白蛋白在水介质中的相互作用情况。pH值对卟啉的行为及其与蛋白质的相互作用特性有显著影响。在pH=7.4时，卟啉处于单体形式；与蛋白质结合后，它们会定位在蛋白质颗粒内部并发生结构变化。

致谢

部分研究工作利用了俄罗斯科学院克雷スト夫溶液化学研究所（G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry）上沃尔加地区（Upper Volga region）物理化学研究中心的资源。

作者贡献声明

娜塔莉娅·谢尔盖耶芙娜·列别杰娃（Natalya Sh. Lebedeva）：负责撰写初稿、监督研究方向和概念设计。埃琳娜·谢尔盖耶芙娜·尤里娜（Elena S. Yurina）：负责数据可视化与分析验证。萨比尔·谢尔盖耶维奇·古塞诺夫（Sabir S. Guseinov）：负责数据可视化与验证。阿列克谢·尼古拉耶维奇·基谢列夫（Aleksey N. Kiselev）：负责实验资源的提供与数据分析。米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·列别杰夫（Mikhail A. Lebedev）：负责实验资源的提供与数据分析。伊琳娜·阿列克谢耶芙娜·斯科罗博加特金娜（Irina A. Skorobogatkinna）：负责文本撰写与编辑以及数据分析。谢尔盖·阿列克谢耶维奇·西尔布（Sergey A. Syrbu）：负责撰写初稿和实验方法的设计。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。