对我的酚酸莫弗利特（Mycophenolate mofetil）和酚酸（Mycophenolic acid）进行了综合的光谱学与量子化学分析，从而揭示了它们与蛋白质的结合机制以及与金属纳米团簇的相互作用

《Journal of Molecular Liquids》：Integrated spectroscopic and quantum-chemical analysis of mycophenolate mofetil and mycophenolic acid with insights into protein binding and metal nanocluster interactions

　　

G. Venkatesh|Khayala Mammadova|P. Vennila|Jamelah S. Al-Otaibi|Y. Sheena Mary|Elvan üstün|J.N. Cheerlin Mishma|Goncagül Serdaro?lu

印度泰米尔纳德邦Namakkal市Gnanamani技术学院化学系，邮编637018

摘要

霉酚酸莫夫芬酯（MMF）及其活性代谢物霉酚酸（MPA）是广泛使用的免疫抑制剂，在抗癌应用中越来越受到关注。本研究通过实验和计算相结合的方法研究了它们的分子特性，以更好地理解其物理化学行为和生物相互作用。在DMSO、氯仿和乙醇中记录的UV–Vis吸收光谱与时间依赖的密度泛函理论（DFT）预测结果非常吻合，验证了计算模型的可靠性。采用B3LYP/SDD理论水平进行了几何优化和电子结构分析，并结合ELF、LOL和RDG拓扑描述符来阐明电子局域化、非局域化及非共价相互作用。前沿分子轨道和全局反应性描述符显示MMF和MPA具有不同的亲核性和亲电性倾向。针对VEGFR-2、ERK2和TNFR1等关键治疗靶点的对接实验表明，它们通过氢键和疏水相互作用表现出显著的结合亲和力，其中MPA与VEGFR-2和ERK2的相互作用较强，而MMF与TNFR1的亲和力更高。本研究揭示了配体配位和金属种类如何系统地调节Au₆、Ag₆和Cu₆团簇的电子结构，基于Cu₆的复合物表现出最大的能隙和硬度降低，从而增强了它们的化学反应性。总体而言，光谱学、量子化学、对接和分子动力学的结果提供了对MMF和MPA的全面分子级理解，支持其在免疫抑制和抗癌药物开发领域的进一步研究。

引言

霉酚酸最初由Bartolomeo Gosio于1896年从Penicillium spp.中分离得到，是一种常用的免疫抑制剂。其结构包括一个含有羟基、甲基和甲氧基取代基的芳香环，一个带有E构型双键的六碳侧链，以及一个末端羧酸基团[4]。霉酚酸莫夫芬酯（MMF）是MPA的前药，常用于预防移植受者的移植物排斥反应和管理各种自身免疫性疾病[5]、[6]。肝脏和肾脏酯酶可迅速将MMF分解为活性代谢物MPA。该化合物进一步代谢为次黄嘌呤单核苷酸脱氢酶（IMPDH），并可以被可逆抑制，从而立即阻止T细胞和B细胞的增殖。除了免疫抑制作用外，MPA及其衍生物在癌症治疗中也显示出潜力。癌细胞通常过表达IMPDH等酶，使其成为化疗干预的候选药物[7]、[8]。由于MPA的抗癌潜力不断增加，对其类似物和衍生物的研究也在增加[9]。了解它们的结构和物理化学性质对于改进这些治疗应用至关重要[10]、[11]。在这种情况下，计算化学已成为提升实验结果的关键工具。量子力学技术，特别是密度泛函理论（DFT），能够准确预测分子的几何结构、电子结构和光谱性质[12]、[13]。这些计算还阐明了对药物设计重要的电学转变、热力学因素和分子轨道[14]。

分析和计算化学的最新进展强调了将光谱技术与量子化学分析结合的重要性，以理解像MMF及其活性代谢物MPA这样的治疗性小分子的分子特性和生物相互作用。MMF因能转化为MPA以及在血浆中与蛋白质（尤其是白蛋白）的高结合率（超过97%）而在临床免疫抑制中得到广泛应用。联合用药和疾病状态可能会影响其复杂的药代动力学，进而影响患者的清除模式和疗效（例如对白蛋白的影响[15]）。MPA与金属表面的定向和相互作用已通过DFT和振动光谱以及表面增强拉曼光谱（SERS）等技术得到初步阐明，表明这种综合方法在极敏感的药物-表面和药物-蛋白质界面探测中具有潜力[16]。同时，关于原子级精确金属纳米团簇（尤其是Au、Ag和Cu团簇）的快速研究揭示了它们离散的分子状电子结构，使其具有可调的光学和催化性质，以及与生物分子（如蛋白质和小有机配体）的特定相互作用，通过共价、氢键和非共价机制实现[17]。尽管这些金属纳米团簇已被用于药物载体平台、生物医学传感和成像，但对其与MPA等药物之间的分子相互作用的全面机制理解仍然不足。我们的综合方法将MMF/MPA置于光谱学、计算和纳米团簇研究的更广泛领域中，为利用金属纳米团簇作为复杂生物环境中药物行为的敏感探针或调节剂提供了可能性。

分子对接通常通过计算建模来估计结合能，而其他方法则评估配体与目标之间的形状和表面兼容性。存在许多基于片段的计算机辅助药物设计方法，它们在配体组装方式和对目标的约束条件上有所不同，旨在产生具有更高特异性和潜在疗效的稳定复合物[18]、[19]、[20]。正如对接理论所暗示的那样，配体和受体都应被视为具有灵活性的实体。Mn和Cr的添加改变了含铁金属间相在原子和三维层面的表面稳定性、吸附行为和生长竞争，为提高高端回收铝Si合金的微观结构和机械性能提供了理论基础[21]。本研究加深了我们对MMF及其活性代谢物MPA的作用机制、治疗应用和分析监测的理解。MMF的免疫抑制作用不仅限于阻止淋巴细胞的生长。最近的研究表明，MMF和MPA能显著降低B细胞和CD4/CD8 T细胞的比例，使平衡向调节性T细胞表型偏移[22]。此外，MPA已被证明能直接降低单核细胞和巨噬细胞的活力和促纤维化活性，这在系统性硬化等病症中具有潜在的治疗作用[23]。MMF还能减轻过敏性哮喘大鼠模型中的支气管收缩和气道炎症，表明其在移植免疫抑制之外的治疗应用潜力。药代动力学研究强调了监测MPA暴露对系统性硬化相关间质性肺疾病治疗结果的重要性[24]、[25]。从分析角度来看，用于检测MMF和MPA的电分析方法的显著进步为治疗监测和质量控制提供了更好的工具[26]。它通过预测重要的化学相互作用并降低实验成本，促进了药物开发[27]、[28]。改变药物在体内溶解度、稳定性和活性的另一个重要因素是溶剂效应。研究MMF和MPA的溶剂性质有助于开发其药代动力学和药效学。本研究结合实验和基于DFT的建模，研究了MPA和MMF的物理化学性质，并将其与VEGFR-2、ERK2和TNFR1等关键治疗靶点进行分子对接，同时还将银、金和铜金属团簇与这些药物结合。结果表明，金属团簇药物结合物可以显著改善药物的性质和治疗潜力，这是一个研究不足的领域，为合理药物设计提供了良好的基础。

部分摘录

实验部分

本研究使用的所有合成级化学品、试剂和溶剂均来自Venus Scientific Chem Industries。使用Bruker Avance 100 MHz和400 MHz光谱仪记录了¹³C和¹H核磁共振（NMR）光谱，以DMSO?d₆作为内标。使用带有KBr分束器的Perkin Elmer Spectrum1 FT-IR仪器获得了MMF和MPA的FT-IR光谱。化合物的UV–Vis光谱在200至800纳米范围内采集，使用UNICAM-UV 2–100设备进行

几何参数

MMF和MPA的优化几何结构、FMOs和MEP图显示在图1a至1c中。MMF和MPA的键长和角度提供了关于原子分子几何结构和空间排列的见解。计算得到的几何参数见表S1和S2。MMF的键长如下：O1-C51 (1.45°)、C54-N7 (1.43°)、C48-C45 (1.51°)、C42-C39 (1.54°)、C17-O6 (1.35°)、C36-C33 (1.52°)、C16-C14 (1.32°)、C26-C9 (1.52°)、C12-C11

结论

本研究对霉酚酸莫夫芬酯（MMF）和霉酚酸（MPA）的分子行为进行了综合的实验和理论评估。实验记录的UV–Vis光谱与TD-DFT计算结果之间的高度一致性证实了所采用计算方法的可靠性。电子结构分析显示，尽管这两种化合物具有相似的结构特征，但它们的反应性模式不同：MPA表现出略微更高的

CRediT作者贡献声明

G. Venkatesh:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、项目管理、方法学研究、数据分析、概念化。Khayala Mammadova:初稿撰写、可视化、验证、资源获取、方法学研究、数据分析、数据分析。P. Vennila:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学研究、数据分析、数据分析,

未引用参考文献

[2]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

沙特阿拉伯利雅得Princess Nourah Bint Abdulrahman大学资助的项目编号（PNURSP2026R13）。