解析蛙源亲石房蛤毒素蛋白结合与中和毒素同系物的结构基础

为解决石房蛤毒素（STX）同系物与靶点的结合及识别机制不明等问题，研究人员开展了蛙源亲石房蛤毒素蛋白（Sxphs）与 STX 同系物相互作用的研究。结果揭示了结合模式，发现 Sxphs 可逆转毒素对钠通道（NaVs）的阻断。这为理解毒素抗性机制及检测、中和毒素提供基础。

　　在神秘的生物世界里，海洋和淡水环境中存在着一些 “隐藏杀手”。甲藻和蓝藻会产生石房蛤毒素（STX）及其约 50 种同系物，这些毒素就像一个个微小的 “破坏分子”，专门阻断电压门控钠通道（Na_Vs），干扰神经和肌肉的生物电信号，从而引发麻痹性贝类中毒（PSP）。这不仅严重威胁着商业捕鱼产业，还对公众健康造成了极大的危害。目前，人们对于这些毒素的检测和应对面临诸多挑战，例如，STX 同系物在自然样本中的化学复杂性和比例多变，使得定量检测困难重重，开发有效的 PSP 治疗方法也举步维艰。此外，虽然已知 Na_Vs 和蛙源 Sxphs 对 STX 有相似的结合模式，但 STX 同系物的识别结构基础却一直是个谜。

为了揭开这些谜团，来自美国加利福尼亚大学旧金山分校心血管研究所等机构的研究人员展开了深入研究。他们以美国牛蛙（Rana catesbeiana）的 RcSxph 和喜马拉雅高山蛙（Nanorana parkeri）的 NpSxph 为研究对象，探索 STX 同系物与它们的相互作用机制。研究发现，RcSxph 和 NpSxph 能与多种 STX 同系物结合，但对新石房蛤毒素（neoSTX）系列亲和力极低。通过一系列实验，研究人员明确了 Sxphs 结合 STX 同系物的结构基础，发现它们采用 “锁钥” 模式，且结合口袋相对刚性。同时，研究还表明 Sxphs 能像 “毒素海绵” 一样，逆转多种 STX 同系物对 Na_Vs 的阻断，并且可替代大鼠脑匀浆用于放射性配体结合测定（RBA）来检测毒素。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为理解毒素抗性机制提供了重要依据，也为开发检测和中和 STX 及相关麻痹性贝类毒素（PSTs）的生物制剂奠定了基础。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在蛋白研究方面，通过昆虫细胞表达系统表达并纯化 Sxphs；利用热荧光（TF）、荧光偏振竞争（FPc）、等温滴定量热法（ITC）等结合测定方法，研究毒素与 Sxphs 的结合特性；借助 X 射线晶体学和分子动力学（MD）模拟，解析 NpSxph 与 STX 同系物的复合物结构。在功能研究方面，采用双电极电压钳（TEVC）和平面膜片钳实验，探究 Sxphs 对 Na_Vs 的保护作用。

研究结果具体如下：

• RcSxph 和 NpSxph 与 STX 同系物的结合特性：运用 TF 和 FPc 测定发现，RcSxph 和 NpSxph 对不同 STX 同系物的结合存在差异，如 GTX5 与 STX 的结合相似，而 neoSTX 及其衍生物则几乎不结合。RBA 实验表明，纯化的 Sxphs 可有效替代大鼠脑匀浆检测毒素。
• 毒素结合的热力学分析：ITC 实验显示，不同 STX 同系物与 NpSxph 结合的热力学参数不同，每种修饰对 Sxph - 毒素相互作用都有特定影响。
• NpSxph 与 STX 同系物的结构分析：X 射线晶体结构和 MD 模拟揭示，STX 同系物与 NpSxph 结合的姿势与 STX 相似，且存在共同的水分子网络参与毒素识别。
• Sxphs 对 Na_Vs 的保护作用：TEVC 和平面膜片钳实验表明，Sxphs 能有效逆转多种 STX 同系物对 Na_Vs 的阻断，且保护效果与 Sxph - 毒素亲和力相关。

研究结论和讨论部分指出，Sxphs 和 Na_Vs 识别 STX 核心的方式虽有趋同，但对 STX 同系物的亲和力排序不同。Sxphs 的 “锁钥” 结合模式影响其对毒素的偏好，水在毒素结合中起着关键作用。此外，Sxphs 有望成为检测 PSTs 的理想替代物，且研究不同 Sxphs 对 STX 同系物的结合，可能有助于找到能中和 neoSTX 系列毒素的 Sxphs。这项研究为深入理解毒素海绵抗性机制，以及开发检测和中和 PSTs 的新方法提供了坚实的理论基础，对保障公众健康和渔业安全具有重要意义。