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为优化重组胰岛素生产，研究人员对迷你胰岛素原类似物展开研究，发现其与胰岛素受体结合特性，有潜在应用价值。
在人体中，胰岛素（Insulin）就像一位勤劳的 “血糖管家”，由胰腺 β 细胞分泌，它由 A 和 B 两条链通过二硫键相连。最初，胰岛素以单链前体 —— 前胰岛素原（preproinsulin）的形式产生，经过一系列加工，最终成为有活性的胰岛素。而在重组生产胰岛素的过程中，大肠杆菌（Escherichia coli）是常用的 “小工厂”，但这个过程却困难重重。
目前，重组胰岛素生产面临着诸多挑战。一方面，提高胰岛素前体的重折叠效率和生物活性十分困难。胰岛素原（proinsulin）在大肠杆菌细胞质中合成后会形成包涵体，后续的重折叠过程效率不高。另一方面，传统的双链胰岛素类似物容易发生纤维化，影响其稳定性和疗效。为了解决这些问题，研究人员将目光投向了迷你胰岛素原类似物（mini - proinsulin analogs），通过缩短 C 肽（C - peptide）的长度，有望改善胰岛素生产的现状。来自土耳其伊斯坦布尔健康科学大学实验医学研究与应用中心（DETUAM）和伊斯坦布尔梅迪波尔大学健康科学与技术研究所（SABITA）的 Esra Ayan 对迷你胰岛素原类似物展开研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 蛋白质结构预测：运用 AlphaFold 预测新型迷你胰岛素原的三维结构，通过多序列比对（MSA）、模板搜索等一系列步骤，得到预测精度最高的结构用于后续分析。
- 对接分析：利用 AutoDock 和 AutoDock Tools，将迷你胰岛素原与胰岛素受体进行对接，优化对接参数，计算结合能和均方根偏差（RMSD），评估两者的结合能力。
- 正常模式分析：包括高斯网络模型（GNM）和各向异性网络模型（ANM）分析。GNM 用于计算残基波动的交叉相关性，分析蛋白质的局部运动和动态行为；ANM 则聚焦于特定模式（如 Mode 5），观察残基在三维结构中的运动方向和幅度。
研究结果如下：
- 新型迷你胰岛素原模拟天然胰岛素的结构：通过将 C 肽从 33 个残基减少到 5 个残基，并进行氨基酸替换，设计出新型迷你胰岛素原（nMPI2）。AlphaFold 预测的 nMPI2 结构与实验测定的迷你胰岛素原结构（MPI2）以及天然胰岛素（INS）结构高度相似，RMSD 分别可达 1.2? 和 0.4?。对接分析显示，nMPI2 对胰岛素受体（IR）的 αCT 结构域具有较高亲和力，尽管迷你胰岛素原类似物的结合构象与天然胰岛素 - 胰岛素受体复合物有所不同，但它们能有效结合受体。
- 迷你胰岛素原相比未结合状态稳定性增强：利用 GNM 和 ANM 进行正常模式分析，结果表明，与天然胰岛素相比，迷你胰岛素原类似物（nM2PI、M2PI 和 SCI）在与胰岛素受体结合时，表现出增强的协同性和结构刚性，尽管它们的残基流动性相对较高，但仍能保持与天然胰岛素相似的结合模式和功能动态。
- ANM 模式支持 nM2PI 结合后的稳定性：ANM 分析发现，nM2PI 与胰岛素受体结合后的动态相互作用与天然胰岛素较为相似，其链 B 表现出较高的流动性，但整体上 nM2PI 比 M2PI 具有更协调的集体运动和更好的动态相互作用，说明 nM2PI 在结合后具有较高的稳定性。
- 局部运动揭示迷你胰岛素原中前所未有的热点残基：GNM 分析显示，迷你胰岛素原与胰岛素受体 αCT 结构域相互作用的局部动力学存在差异，发现了一些潜在的热点残基，这些残基在不同的迷你胰岛素原复合物中表现出独特的运动模式，表明迷你胰岛素原通过变构行为与胰岛素受体相互作用，可能由灵活的迷你 C 肽驱动。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过计算模拟，深入了解了迷你胰岛素原类似物与胰岛素受体的动态相互作用。研究发现，迷你胰岛素原类似物虽然在结构上与天然胰岛素存在差异，但它们能展现出与天然胰岛素相似的受体结合动力学和集体行为，并且具有增强的重折叠效率、在酸性条件下的稳定性以及潜在的低成本生产优势。尽管胰岛素重组生产仍面临垄断等挑战，但经过进一步的实验验证和优化，迷你胰岛素原类似物有望成为大肠杆菌高效生产重组胰岛素的可行最终产品，为解决胰岛素生产的现有问题提供了新的思路和方向，在糖尿病治疗等领域具有潜在的应用价值。
