基于肌钙蛋白单核苷酸突变的致心肌病新突变体筛选及分子机制研究

本研究针对遗传性心肌病（HCM/DCM）的致病机制，通过计算生物学方法系统筛查肌钙蛋白（tropomyosin）所有可能的单核苷酸突变（1700余种），结合分子动力学模拟分析突变体与肌动蛋白（actin）的相互作用能变化，首次构建了全面的突变效应数据库。研究发现多个导致肌钙蛋白-肌动蛋白相互作用显著改变的致病热点区域，为临床未明确意义变异（VUS）的功能预测及早期干预提供了重要工具。

　　

心脏是人体的动力泵，但当其结构蛋白发生微小变异时，可能导致致命的遗传性心肌病。肥厚型心肌病（HCM）和扩张型心肌病（DCM）作为最常见的类型，全球发病率高达1/250-1/500。这类疾病往往由肌节蛋白（sarcomere）基因突变引发，其中肌钙蛋白（tropomyosin）作为调节心肌收缩的关键分子，其单核苷酸变异可破坏钙依赖性调控机制，但现有临床数据库中78%的变异被标记为"未明确意义"，且缺乏系统性的功能预测方法。

为破解这一难题，波士顿大学Lehman实验室联合团队在《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》发表创新研究。团队基于冷冻电镜解析的肌钙蛋白-肌动蛋白复合体B/C状态结构，通过NAMD 2.14软件对所有可能的单核苷酸突变（1763种）进行能量最小化计算，量化每个突变对蛋白相互作用的影响，耗时逾2300 GPU小时完成这一系统性筛查。

主要技术方法
研究采用分子动力学模拟（NAMD 2.14）计算肌钙蛋白突变体与肌动蛋白的静电作用和范德华力变化，样本来源于人类心脏肌钙蛋白TPM1基因编码序列。通过体外运动性实验（in vitro motility）和工程化心脏组织力学测试验证预测结果。

Results结果

1. 突变效应图谱：发现1826个数据点中，E62K、E181K等已知临床突变显示显著能量变化（ΔE>5 kcal/mol），证实方法可靠性；
2. 新致病热点：鉴定出第134-147位螺旋区为突变敏感区，该区域在B→C状态转换中起关键作用；
3. 电荷效应：带电荷残基突变（如R21H）导致静电作用能改变幅度最大（达8.2 kcal/mol）。

Discussion讨论
该研究首次实现肌钙蛋白全突变谱系的功能预测：①揭示临床未报道的E110G等12个高危突变位点；②发现致病突变并非随机分布，而是富集于肌动蛋白结合界面和螺旋铰链区；③为解释DCM相关突变（如D84N）导致肌钙蛋白稳定性下降提供分子依据。

Conclusions结论
这项研究构建的预测模型将加速临床变异解读，使研究者能优先筛选导致肌钙蛋白-肌动蛋白相互作用紊乱的高危突变。虽然不能直接预测具体表型，但为开发早期干预策略（如基因编辑或靶向药物）奠定基础，对实现精准医疗具有重要意义。