研究病原性单核苷酸多态性（SNPs）对人类VEGFA二聚体结构和功能的影响：来自分子动力学研究的见解

《ACS Omega》：Investigating the Structural and Functional Consequences of Pathogenic SNPs on Human VEGFA Dimer: Insights from Molecular Dynamics Study

本研究通过整合计算方法分析VEGFA蛋白突变R262Q和C266Y的结构稳定性及功能影响，发现两者均破坏二聚体界面关键相互作用（氢键、盐桥、二硫键），导致稳定性下降，可能影响VEGFR受体结合及下游信号传导，为相关疾病治疗提供依据。

　　VEGFA，即血管内皮生长因子A，是促进血管生成和维持血管功能的关键调节因子。其在生物学中的作用至关重要，因为它不仅影响血管的形成，还与多种疾病的发生和发展密切相关。VEGFA能够通过与VEGFR-1和VEGFR-2受体结合，激活一系列信号通路，包括钙信号通路、钙调素通路以及PI3K-AKT通路，这些通路对于血管内皮细胞的迁移、基因表达调控以及血管通透性的增强具有重要作用。此外，VEGFA还参与了包括自身免疫性疾病、肿瘤、心血管疾病等多种病理过程。

在本研究中，科学家们重点分析了两个可能对VEGFA功能造成负面影响的突变体：R262Q和C266Y。通过整合计算方法，研究人员评估了这些突变对VEGFA二聚体结构和功能的影响。研究结果显示，这些突变显著改变了VEGFA二聚体的结构稳定性，包括关键的氢键、盐桥以及二硫键等相互作用。通过分子动力学模拟（MD）和主成分分析（PCA）等方法，研究人员发现，R262Q和C266Y突变导致了二聚体结构的不稳定，进而影响了其与VEGFR-1受体的结合能力，这可能削弱VEGFA的生物活性，并对血管生成等生理过程产生负面影响。

VEGFA的突变可能通过多种机制影响其功能。首先，这些突变可能破坏了二聚体的稳定性，使得VEGFA在与受体结合时无法维持正常的结构构型，从而影响其激活信号通路的能力。其次，突变可能导致VEGFA与受体之间的相互作用发生改变，如氢键和盐桥的减少或缺失，这会削弱VEGFA与受体之间的结合强度。此外，突变可能改变了VEGFA的构象，使其在结合受体时产生不对称的结构变化，从而影响信号传递的效率。

通过分子动力学模拟，研究人员发现，R262Q突变导致了VEGFA二聚体结构的显著变化。RMSD（根均方偏差）分析表明，R262Q突变体的结构波动比原生结构更大，表明其在动态过程中表现出更高的灵活性，这可能影响其在生理条件下的功能表现。同时，RMSF（Cα残基的均方根波动）分析显示，R262Q突变在多个结构区域（如α2-β2环、β3-β4环、β4-β5环）表现出较高的波动性，这可能意味着这些区域的结构稳定性受到了影响，从而干扰了VEGFA的正常功能。PCA分析进一步揭示了R262Q突变体在结构和能量变化方面的独特模式，表明其在分子层面可能对VEGFA的稳定性产生更显著的影响。

相比之下，C266Y突变对VEGFA二聚体的影响更为复杂。尽管其在结构稳定性方面表现出一定的增强，但这种增强可能是短暂的或不完全的。C266Y突变导致了二硫键的缺失，这在VEGFA二聚体中是一个重要的结构特征。原生结构中，C266和C257之间的二硫键对于维持二聚体的稳定性和正确构象至关重要。当C266被酪氨酸取代后，这种二硫键可能无法形成，导致二聚体的稳定性下降。此外，C266Y突变还破坏了关键的盐桥相互作用，如A:E236-B:R229，这可能进一步削弱VEGFA与VEGFR-1的结合能力。尽管C266Y突变在某些区域形成了新的氢键，但整体上其相互作用网络比原生结构更为薄弱，从而影响了VEGFA的生物学功能。

通过结合结构和能量分析，研究人员进一步验证了这些突变对VEGFA二聚体的影响。MM/PBSA方法用于计算VEGFA二聚体的结合自由能，结果显示，R262Q和C266Y突变体的结合自由能显著低于原生结构，表明其与受体的结合能力下降。这与之前的结构分析结果一致，说明这些突变可能通过破坏关键的相互作用网络，影响VEGFA的功能。此外，结合自由能的计算还表明，R262Q突变可能通过形成更多的氢键和盐桥，试图补偿其对二聚体稳定性的影响，但这种补偿并未带来显著的稳定性提升，反而可能使二聚体的结构更加松散。

为了进一步理解这些突变对VEGFA功能的影响，研究人员还进行了结构叠加分析。通过将突变体与原生结构进行比较，他们发现，R262Q和C266Y突变体在与VEGFR-1结合时，其结构构型发生了显著变化。这种变化可能导致VEGFA与受体之间的结合方式发生改变，从而影响信号传导的效率。例如，在R262Q突变中，VEGFA与VEGFR-1的结合距离显著缩短，表明可能存在结构上的不对称性，这可能影响VEGFA的正常功能。而在C266Y突变中，结构的改变使得VEGFA与VEGFR-1的结合距离在某些区域发生变化，这种变化可能影响其与受体的相互作用方式，从而干扰信号通路的激活。

从病理学角度来看，VEGFA的突变可能与多种疾病的发生和发展相关。例如，VEGFA的突变可能与自身免疫性疾病、肿瘤、心血管疾病等有关。这些疾病通常涉及血管生成的异常，而VEGFA在这一过程中扮演着核心角色。因此，VEGFA的突变可能导致血管生成的失衡，进而引发一系列病理反应。例如，VEGFA的突变可能导致血管内皮细胞的死亡，影响血管的形成和维持。此外，VEGFA的突变还可能影响其与受体的结合能力，从而干扰信号传导，导致血管功能的异常。

本研究的结果为理解VEGFA突变对血管生成及相关疾病的影响提供了新的视角。通过整合多种计算方法，研究人员不仅揭示了突变对VEGFA二聚体结构和功能的具体影响，还为开发新的治疗策略提供了理论依据。例如，针对这些突变，可以设计特定的药物或治疗手段，以恢复VEGFA的正常功能或增强其与受体的结合能力。此外，本研究还强调了多工具联合分析在评估突变影响中的重要性，这有助于更准确地识别高风险突变，并为后续的实验研究提供指导。

总的来说，本研究通过对VEGFA突变体R262Q和C266Y的结构和功能分析，揭示了这些突变对VEGFA二聚体稳定性的影响，以及其可能对血管生成和相关疾病产生的作用。这些发现不仅加深了对VEGFA分子机制的理解，也为相关疾病的治疗提供了新的思路和方向。未来的研究可以进一步探索这些突变在不同病理条件下的具体作用，以及如何通过干预这些突变来改善相关疾病的治疗效果。