合成去甲酰化α螺旋PSMα3作为人源淀粉样蛋白聚集选择性抑制剂的研究

《Scientific Reports》：Synthetic deformylated α-helical PSMα3 as a selective inhibitor of human amyloid aggregation

本研究聚焦于蛋白质错误折叠疾病治疗难题，针对人胰岛淀粉样多肽(hIAPP)聚集引发的Ⅱ型糖尿病病理机制，系统探讨了合成去甲酰化α螺旋肽PSMα3(dfPSMα3)的抗纤维化效应。研究人员通过硫黄素T荧光动力学实验、原子力显微镜观察和衰减全反射傅里叶变换红外光谱分析，首次证实dfPSMα3能浓度依赖性地延缓hIAPP纤维化进程，并通过分子建模揭示其通过疏水相互作用竞争性抑制β-片层构象转化的分子机制。该研究为开发基于天然肽结构的特异性淀粉样蛋白抑制剂提供了新策略。

　　

在生命科学领域，蛋白质错误折叠疾病(PMD)如同一场分子级的"身份危机"，42种人类淀粉样蛋白可能错误折叠形成具有交叉β片层结构的不可溶纤维聚集体。其中，人胰岛淀粉样多肽(hIAPP)在Ⅱ型糖尿病患者胰腺中的异常沉积，会导致胰岛β细胞功能损伤，这一过程与90%的Ⅱ型糖尿病病例密切相关。虽然目前已有植物多酚类物质和人工设计肽等抑制剂的相关研究，但如何实现针对特定淀粉样蛋白的高效选择性抑制，仍是药物研发领域的重大挑战。

近日发表于《Scientific Reports》的研究论文首次系统阐释了金黄色葡萄球菌来源的酚溶性调节蛋白PSMα3的合成去甲酰化变体(dfPSMα3)对hIAPP聚集的抑制作用机制。这项由波兰弗罗茨瓦夫理工大学Kalitnik等学者完成的研究，通过多学科技术手段揭示了这种α螺旋结构肽如何特异性干预糖尿病相关蛋白的纤维化进程。

关键技术方法包括：采用硫黄素T(ThT)荧光动力学分析监测淀粉样纤维形成过程；利用原子力显微镜(AFM)观察蛋白聚集形态特征；通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)解析蛋白质二级结构变化；运用AlphaFold 3进行分子对接模拟预测相互作用界面；并利用人脐静脉内皮细胞(HUVEC)模型评估化合物细胞毒性。

dfPSMα3抑制hIAPP纤维化聚集的研究结果

通过ThT荧光动力学实验发现，dfPSMα3以浓度依赖方式显著延长hIAPP聚集的滞后相：当dfPSMα3与hIAPP摩尔比达到1:2时，滞后相从15分钟延长至10小时。原子力显微镜观察证实，共孵育18小时后仅出现球状寡聚体，而单独hIAPP样品中则形成典型纤维结构。ATR-FTIR光谱分析进一步显示，dfPSMα3能将hIAPP的β片层结构含量从37%降至25%，同时将螺旋/无规卷曲构象比例提升至44%，有效阻止了淀粉样特征性的分子间β片层形成。

dfPSMα3对hIAPP细胞毒性的保护作用

MTT法检测显示，3μM hIAPP处理48小时使HUVEC细胞活力显著降低(p<0.0001)，而相同浓度dfPSMα3单独处理未表现明显毒性。值得注意的是，当以1:2比例(dfPSMα3:hIAPP)共处理时，细胞活力恢复至对照组水平(p>0.9999)，证明dfPSMα3能有效中和hIAPP的细胞毒性效应。

抑制效应的选择性机制探究

研究首次发现dfPSMα3的抑制作用具有高度选择性：对C末端脱酰胺化的hIAPP(dhIAPP)和血清淀粉样蛋白A片段(SAA27)均无显著抑制效果。分子建模分析揭示，dfPSMα3通过苯丙氨酸(Phe)、亮氨酸(Leu)、缬氨酸(Val)等疏水残基与靶蛋白的丙氨酸(Ala)、苯丙氨酸(Phe)、异亮氨酸(Ile)等发生特异性相互作用，这种"疏水竞争"机制可能阻碍了淀粉样蛋白自身聚合的关键界面。

研究结论与讨论

本研究首次系统证实合成dfPSMα3可通过多重机制抑制hIAPP淀粉样纤维形成：在动力学层面延缓成核过程，在结构层面维持靶蛋白α螺旋构象，在细胞层面保护内皮细胞免受毒性损伤。特别值得注意的是，这种抑制效应严格依赖于靶蛋白的序列特征和末端修饰，C末端酰胺化可能通过影响电荷分布而成为相互作用的关键决定因素。

与天然PSMα3相比，去甲酰化修饰不仅消除了肽链自身的聚集倾向和细胞毒性，还赋予了其特异性识别不同淀粉样蛋白的能力。分子模拟提示dfPSMα3可能与更多淀粉样蛋白存在相互作用潜力，其α螺旋结构域作为"分子钳"竞争性结合靶蛋白疏水片段的机制，为设计构象特异性抑制剂提供了新思路。

该研究的创新性在于揭示了一种天然肽衍生物通过构象选择机制实现淀粉样聚集特异性抑制的新途径，为开发Ⅱ型糖尿病等蛋白质错误折叠疾病的治疗策略提供了重要理论依据。未来研究可进一步探索dfPSMα3与其他糖尿病相关蛋白(如胰岛素)的相互作用网络，以及其在动物模型中的治疗效果验证。