香料分子与白细胞抗原

3.2. 香料分子与白细胞抗原#

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案例来自论文: “香料与人类白细胞抗原分子结合的分子对接预测”

Wiley Online Library: Molecular docking predictions of fragrance binding to human leukocyte antigen molecules

该论文通过 AutoDock Vina 为主的分子对接和体外实验探究皮肤致敏化学物质与人类白细胞抗原（HLA）的相互作用，以验证非半抗原机制的存在。

研究选取 22 种小分子香料过敏原（9 种非半抗原性 / WoE-，13 种半抗原性 / WoE+），对 77 种高频表达的 HLA Ⅰ 类和 Ⅱ 类等位基因进行分子对接，发现WoE- 过敏原与常见 HLA 分子的结合亲和力显著高于 WoE+，其中 HLA-B*57:01 与苯甲酰苯甲酯、苯甲酰肉桂酸酯、苯甲酰水杨酸酯结合最强（ΔG 低至 - 8.9 kcal/mol）。

体外 T 细胞实验证实，苯甲酰肉桂酸酯和苯甲酰水杨酸酯可刺激 HLA-B*57:01 携带者的 T 细胞增殖和干扰素-γ 分泌。结果支持皮肤致敏存在非半抗原机制，表明分子对接结合体外 T 细胞实验可用于评估致敏化学物质的免疫原性。

  • 半抗原机制（hapten mechanism）是指皮肤致敏化学物质通过与自身蛋白形成共价结合，从而被免疫系统识别并引发过敏反应的过程: 皮肤致敏化学物质多为小分子（<500 Da），因尺寸过小无法直接被免疫系统识别，通常被视为 “半抗原”。这些半抗原会与自身蛋白（作为载体）形成共价加合物（hapten-carrier complex），即新抗原（neoantigens），进而被免疫系统识别，引发 T 细胞介导的免疫反应（如过敏性接触性皮炎）。

  • 非半抗原机制（hapten-independent mechanism）是指皮肤致敏化学物质不通过与自身蛋白形成共价加合物（半抗原-载体复合物），而是通过非共价结合人类白细胞抗原（HLA）分子，直接被免疫系统识别并引发 T 细胞介导的免疫反应的过程, 表明部分皮肤致敏原可通过直接结合 HLA 分子引发免疫反应.

  • 在半抗原机制中，HLA 主要作为抗原呈递分子，将半抗原与自身蛋白形成的共价复合物（新抗原）呈递给 T 细胞，启动免疫反应。在非半抗原机制中，HLA 直接作为致敏原的结合靶点，通过非共价相互作用与致敏原结合，无需形成共价复合物即可引发免疫反应。

3.2.1. 配体准备#

22 种香料分子来自欧盟化妆品和非食品产品科学委员会认定的 26 种香料过敏原。排除的 4 种：两种是复杂提取物（橡树苔提取物、树苔提取物），因成分复杂未纳入；另外两种（戊基肉桂醇、茴香醇）因缺乏体外或化学实验数据（关于其半抗原结合潜力）未被评估，最终保留 22 种用于分子对接。通过体外实验（直接肽反应测定等）评估半抗原活性, 分为非半抗原和半抗原。

每种分子通过分子线性输入规范（SMILES）字符串生成三维结构模型，工具为美国国家癌症研究所计算机辅助设计组(NCI CACTUS)的在线 SMILES 转换器和结构文件生成器: Online SMILES Translator

3.2.2. 受体准备#

77 种高频 HLA 等位基因结构来自数据库或同源建模, 结构叠加（superimposition）用于对齐处理:

  • 已解析的 HLA 晶体结构来自 PDB 数据库

  • 对于缺乏晶体结构的 HLA 等位基因，基于 IMGT/HLA 数据库中的 HLA 序列，通过 SWISS-MODEL 生成同源模型

  • 当获取上述 HLA 分子的结构（晶体结构或同源模型）后，由于不同 HLA 等位基因的结构存在细微差异（如抗原结合槽的构象），需通过 “结构叠加” 将它们的关键区域（如抗原结合槽的二级结构）在空间上对齐: 叠加工具为 COOT 软件中的 SSM（Secondary-Structure Matching，二级结构匹配）程序

3.2.3. 初步筛选#

使用 MtiOpenScreen 平台（Mobyle portal 开源生物信息学框架）对 22 种过敏原进行 HLA 全库对接。

  • 访问 Mobyle portal（https://mobyle.rpbs.univ-paris-diderot.fr/），选择MTiOpenScreen服务

  • 选择 “MTiOpenScreen”（虚拟筛选服务，基于 AutoDock Vina），而非 “MTi AutoDock”（单配体对接）。

  • 上传准备好的配体和受体文件

  • 根据指引设置参数和提交任务

  • 从结果中提取每个配体与 HLA 的最低 ΔG, 确认结合位点等

3.2.4. 精细对接#

对初筛中的高亲和力配体（如苯甲酰类化合物），采用 AutoDock Vina 进行半柔性对接，优化结合构象并计算结合能（ΔG，kcal/mol）

  • 配体：初筛中得分最高的化学过敏原，包括苯甲酰苯甲酯、苯甲酰肉桂酸酯、苯甲酰水杨酸酯等（均为 WoE-，即非半抗原性过敏原）；

  • 受体：重点针对 HLA-B_57:01（因初筛中表现出最强结合潜力）及其他高频 HLA 亚型（如 HLA-A_24:02、HLA-DRB1*03:01 等）。

在AutoDock Vina中执行 (略)

分子对接结果预测苯甲酰水杨酸酯、苯甲酰肉桂酸酯等非半抗原性过敏原（WoE-）可直接嵌入 HLA-B_57:01 的抗原结合槽的 F 口袋，与该分子及结合的肽段形成稳定非共价复合物（ΔG 低至 -10.5 kcal/mol）

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