月桂酰肉碱钠对人血清白蛋白的结合、结构扰动及功能抑制作用：一项多技术机制研究

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Binding, structural perturbation, and functional inhibition of human serum albumin induced by sodium lauroyl sarcosinate: A multi-technique mechanistic study

SLS抑制HSA酯酶活性及作用机制研究：通过多光谱、ITC及计算模拟发现SLS与HSA的静电相互作用诱导二级结构改变，结合常数11.9 μM提示低亲和力，低浓度引起荧光淬灭，高浓度因囊泡包裹出现荧光恢复，为生物安全性评估提供依据

　　

宋俊华|郭淑琪|王晓阳|宗万松|刘如涛

山东大学环境科学与工程学院，中美环境与健康联合研究中心，中国山东省青岛市266237

摘要

月桂酰肉碱钠（SLS）作为一种常用的阴离子表面活性剂，在日化产品、医药和工业领域中广泛应用，其对人体暴露风险引起了广泛关注。本研究通过多种光谱技术、等温滴定量热法（ITC）、功能分析和计算模拟系统地探讨了SLS与人血清白蛋白（HSA）之间的相互作用。结果表明，SLS以浓度依赖的方式抑制了酯酶的活性，在300 μM浓度下相对活性下降至70.75%。低浓度的SLS会导致HSA的荧光淬灭和蓝移，而高浓度则由于胶束包裹作用使荧光恢复。SLS对HSA二级结构的改变破坏了主链中的氢键。HSA与SLS的结合是自发的、由焓变驱动的，表现为负焓变（ΔH < 0）和熵变（ΔS < 0），静电相互作用是主要驱动力；结合常数为11.9 μM，表明其结合亲和力较低。计算模拟验证了SLS特异性结合到HSA的IIA亚结构域，其中Lys199和Lys195分别与配体形成氢键和离子键，复合物在20 ns内达到稳定构象。本研究阐明了SLS通过结合HSA并诱导其构象改变来抑制酯酶活性的机制，为SLS的生物安全性评估和配方优化提供了理论依据。

引言

月桂酰肉碱钠（SLS）作为一种阴离子表面活性剂，在日化产品、制药和工业等多个领域得到广泛应用，给人类带来了潜在的暴露风险。这类表面活性剂几乎应用于所有与化学相关的行业，包括洗涤剂、纸张涂层、纤维、个人护理产品、化妆品、农用化学品和食品加工[1]。然而，表面活性剂通常对生物体具有毒性且生物降解性有限[2][3]。从结构上看，这类化合物具有两亲性，由极性亲水头部和非极性疏水尾部组成[3]。此外，SLS可通过皮肤吸收或饮食摄入进入体内循环系统，可能引起细胞毒性或生理紊乱，因此其与血清白蛋白的相互作用具有重要的毒理学意义[4][5]。与传统烷基磺酸盐表面活性剂不同，SLS含有酰胺键连接的N-酰基肉碱基团和羧酸基团，这使得它对pH值的响应较为温和，生物相容性更好，刺激性更低，并能更特异性地识别蛋白质。表面活性剂有助于某些蛋白质螺旋结构的形成[6]。表面活性剂的碳氢链越长，结合位点越多，与蛋白质的相互作用越强[7]。研究表明，SDS（十二烷基硫酸钠）可以稳定地结合到牛血清白蛋白的疏水亚结构域[8]。

人血清白蛋白（HSA）是循环血浆中最丰富的载体蛋白。除了具有胶体渗透压特性外，它还具有运输、抗氧化、免疫调节和内皮保护等功能[9]。作为多种内源性和外源性配体的主要转运蛋白[9]，其配体结合特性直接受三维结构控制[10]。因此，了解HSA与生物活性分子（包括常用表面活性剂）之间的相互作用对于药物的药代动力学和毒性研究具有重要意义。尽管文献中已经记录了HSA与某些经典表面活性剂的相互作用[11]，但关于SLS对HSA功能、多尺度结构和相互作用机制的全面研究仍不充分。仍有几个关键科学问题需要解答：SLS与HSA之间的确切结合机制和亲和力是什么？SLS如何诱导HSA的二级和三级结构发生构象变化？这种相互作用是否会削弱HSA的关键酯酶活性？这些问题对于评估SLS的生物安全性和合理设计表面活性剂配方至关重要。

为了解决这些未解决的问题并填补现有研究空白，我们采用多种光谱方法、等温滴定量热法（ITC）、功能评估和计算模拟相结合的策略，系统研究了不同浓度下SLS与HSA的相互作用。分子对接技术确定了结合过程中的潜在结合位点，分子动力学模拟则验证了结合稳定性和蛋白质结构动态。本研究整合了光谱、量热（ITC）和计算方法，从而更定量、多维度地理解了SLS–HSA的相互作用。我们假设SLS以高亲和力结合到HSA，导致显著的构象变化，最终丧失酶活性。这项研究为含酯表面活性剂对血清蛋白的结构和功能影响提供了新的见解，有助于理解其生物相容性和在生物医学及消费品中的合理应用。

化学试剂

化学品

SLS由上海生物医药科技有限公司提供；HSA购自上海源业生物科技有限公司。p-硝基苯乙酸（p-NPA）的母液由乙腈制备，购自默克 KGaA公司，并用超纯水稀释后使用。NaH₂PO₄·2H₂O、Na₂HPO₄·12H₂O和无水乙醇均购自中国国药化学试剂有限公司。pH值为7.4的0.2 M磷酸盐缓冲液（PB）使用上述试剂配制。

SLS以浓度依赖的方式抑制了HSA的酯酶活性

如图1所示，酯酶活性的降低是HSA功能受损的典型特征之一。随着SLS浓度的升高，HSA的酯酶活性逐渐下降，当浓度达到300 μM时，相对活性降至70.75%，表明HSA的生理功能逐渐丧失。这些观察结果表明，SLS与HSA之间的相互作用可以引起相应的生物学变化。

结论

本研究通过整合实验和计算方法，阐明了SLS与HSA之间相互作用的详细分子机制。SLS通过自发的、由焓变驱动的结合方式特异性结合到HSA的IIA亚结构域，这一过程主要受静电作用支配。低浓度的SLS会干扰HSA的肽链和二级结构，改变芳香残基的局部微环境；而高浓度则促进胶束的形成。

作者贡献声明

宋俊华：概念提出、数据整理、实验设计、方法学研究、数据可视化、初稿撰写。 郭淑琪：数据整理、方法学研究。 王晓阳：数据整理、方法学研究。 宗万松：软件支持。 刘如涛：资金筹集、项目管理、资源协调、稿件审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：22276113）和国家重点研发计划（项目编号：2022YFC3701301）的支持。感谢山东大学微生物技术国家重点实验室生命与环境科学核心设施提供的圆二色光谱仪和Malvern MicroCal PEAQ-ITC设备。