甲基3,4,5-三甲氧基苯甲酸作为潜在肠道抗炎剂的评估：实验（体外、傅里叶变换红外光谱、傅里叶变换拉曼光谱）与计算（密度泛函理论、分子对接及分子动力学）方法

《Journal of the Indian Chemical Society》：Evaluation of Methyl 3,4,5-Trimethoxybenzoate as a Potential Intestinal Anti-Inflammatory Agent Targeting 4UY1: Experimental (In Vitro, FT-IR, FT-Raman) and Computational (DFT, Molecular Docking, and Molecular Dynamics) Approaches

　　

B. Shinthiya Mystica | E. Eunice | B. Aysha Rifana

印度泰米尔纳德邦东坦巴拉姆麦德拉斯基督学院物理系，邮编600059

摘要

甲基3,4,5-三甲氧基苯甲酸酯（M34T）是一种从苯甲酸衍生的有机化合物。理论研究探讨了其结构、振动光谱、电子光谱和生物活性。使用B3LYP泛函和6-311++G(d,p)基组优化了M34T的几何结构，并将结果与实验XRD数据进行了比较。振动光谱技术既在实验上也理论地进行了应用。通过TD-DFT方法对气相中的M34T进行了表征，以获得其紫外光谱。此外，还确定了该化合物的分子轨道（FMOs），提供了总体描述符和带隙能量。进行了拓扑分析，包括电子局域化函数（ELF）和局部轨道定位器（LOL）。绘制了该化合物亲电和亲核区域的分子静电势（MEP）图。Mulliken种群分析揭示了分子的电荷分布和反应位点。使用NBO方法确定了分子间和分子内相互作用。从一阶超极化率计算中得出了NLO性质。M34T显示出良好的类药物特性，并研究了其抗炎潜力。使用AutoDock对肠道炎症靶标进行了分子对接研究，随后使用Discovery Studio Visualizer分析了所得复合物。结合能计算表明其具有中等程度的结合亲和力，这表明M34T可能抑制4UY1（分泌型磷脂酶A2，sPLA2-X），该酶在肠道炎症相关的炎症途径中起关键作用。因此，M34T对这些蛋白质的抑制作用表明它可能是一种适合治疗肠道炎症的化合物。为了进一步评估其稳定性，在GROMACS中进行了30纳秒的分子动力学模拟，RMSD分析确认M34T在活性位点保持了稳定的结合构象。通过MTT实验检测的体外验证结果表明IC50值为204.3 ± 2.3 μg/mL，显示出治疗相关性。此外，HRBC膜稳定化研究也支持了M34T的抗炎功效，表明M34T可能是开发肠道抗炎药物的候选化合物。

引言

M34T是一种芳香族有机酯，分子式为C11H14O5（摩尔质量：226.23 g/mol），与甲基没食子酸和没食子酸具有结构相似性。该化合物属于多酚衍生物类[1]。其化学结构包含一个苯环，在3、4和5位置上分别被三个甲氧基（-OCH3）和一个M34T基团（-COOCH3）取代。这种独特的结构赋予了它多种生物活性，包括抗菌[2]、抗氧化[3]、抗炎[4]、细胞毒性和镇痛作用[4]。这些生物活性表明M34T可能是药物研究的宝贵候选物。它在治疗炎症、感染和癌症方面具有潜在的治疗应用。从物理角度来看，该化合物为白色粉末，可溶于丙酮。

肠道炎症[5, 6, 7]是一种慢性疾病，其特征是胃肠道持续发炎，影响全球数百万人。慢性肠道炎症是多种胃肠道疾病的共同特征，包括炎症性肠病[8]、溃疡性结肠炎[9]、克罗恩病[10]和肠易激综合症（IBS）[11]。这些疾病的常见症状包括胃肠道不适、血便、持续疲劳和不明原因的体重下降。该状况由多种因素共同作用引起，包括肠道菌群失衡、异常免疫反应、氧化应激以及促炎介质的释放。如果不受控制，肠道炎症可能导致严重后果，如组织损伤、慢性疼痛、吸收不良和癌症风险增加。有效管理肠道炎症对于缓解症状和提高生活质量至关重要。皮质类固醇（例如泼尼松[12]）、免疫抑制剂（例如硫唑嘌呤[13]）和生物制剂（例如英夫利昔单抗[14]）等药物是有效的治疗方法。

根据文献回顾，尚未有研究探讨M34T的量子化学和分子对接性质。本研究的主要目的是研究M34T的结构、电子和药理学性质，以确定其是否可作为治疗肠道炎症的潜在抗炎剂。为此，本研究利用DFT方法研究了该化合物的性质，包括分子几何结构、振动光谱和电子特征，如紫外-可见光谱和前沿分子轨道（FMOs）。此外，还进行了拓扑分析，如电子局域化函数（ELF）、局部轨道定位器（LOL）、分子静电势（MEP）和降维梯度（RDG）。还进行了自然键合轨道（NBO）分析，以更深入地了解化合物的电子分布。为了研究M34T的药理学潜力，还进行了生物研究，包括类药物评价、ADMET分析、分子动力学（MD）模拟和体外实验。

章节摘录

实验细节

M34T（纯度99%）由东京化学工业（TCI）有限公司提供。使用Perkin-Elmer FTIR光谱仪记录了KBr颗粒在4000-400 cm^-1范围内的FTIR光谱。布鲁克RFS27仪器在印度IIT-Madras的Sophisticated Analytical Instrument Facility（SAIF）中收集了4000-100 cm^-1范围内的FT-Raman光谱。

M34T的体外细胞毒性研究在Pondicherry生物科学与教育信托中心进行。

结构优化

优化后的键长分析为我们提供了关于研究化合物分子几何结构的宝贵见解。该分子包含22个键，其中8个C-C键、7个C-O键和6个C-H键（图1）。其中，O5-C12羰基键最短，计算值为1.210 ?，而实验值为1.208 ?，证实了其双键性质，因此代表了系统中的最高键级。相反，C9-C12键最长。

结论

全面分析了M34T的电子、结构和药理学性质，证明了其作为一种稳定且多用途化合物的显著潜力。通过DFT计算确定的分子优化几何结构显示，键参数和角度与实验XRD数据一致。计算出的振动频率经过0.961的缩放因子校正，以减少气相理论和固态实验之间的差异。

CRediT作者贡献声明

Shinthiya Mystica B：撰写——初稿、可视化、验证、软件、方法学、数据整理、概念化。E. Eunice：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、监督、研究。B. Aysha Rifana：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、监督、研究。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。