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本文围绕 β2- 糖蛋白 I（β2GPI）结构与抗磷脂综合征（APS）展开。梳理了 β2GPI 结构研究历程，提出新模型解释其与自身抗体的作用机制，还探讨了 APS 的 “两次打击” 假说，为后续研究提供方向，助力攻克 APS。
引言
抗磷脂综合征（APS）是一种系统性自身免疫疾病，患者体内存在抗磷脂抗体，会反复出现血栓栓塞事件和妊娠并发症。1990 年，磷脂结合蛋白 β2- 糖蛋白 I（β2GPI，又称载脂蛋白 H）被确定为抗磷脂抗体的关键靶点。2006 年，针对 β2GPI 的免疫球蛋白 G 和免疫球蛋白 M 被纳入分类标准，成为 APS 诊断的关键部分。近年来研究发现，针对 β2GPI 特定结构域 I（DI）的抗体与血栓复发密切相关，且在动物实验中具有促凝作用。
关于 β2GPI 与自身抗体的作用机制，最初认为 β2GPI 在血液中以循环的圆形形式存在，不被自身抗体识别，与脂质结合后变为开放形式才会被识别。但 2020 年有研究挑战了这一模型，2023 年又提出新模型，认为是 β2GPI 的伸长形式与阴离子表面结合增加了蛋白质局部密度，从而促进自身抗体识别。本文回顾 β2GPI 结构生物学的发展历程，并探讨 APS 研究的未来方向。
1960 - 1990：β2GPI 的发现及其化学成分的确定
1961 年，β2GPI 被发现，1984 年其完整氨基酸序列首次被报道。血浆中循环的 β2GPI 含有 326 个氨基酸，组成 5 个结构域（DI、DII、DIII、DIV 和 DV），由 4 个短连接子相连。其中 DI 至 DIV 是典型的补体控制蛋白（CCP）结构域，也叫寿司结构域，各含约 60 个氨基酸和 2 个二硫键。C 末端的 DV 较大，含 82 个氨基酸和 3 个二硫键，常被称为 CCP 样结构域。
β2GPI 还经历广泛的翻译后修饰，有 4 个已确定的 N - 连接糖基化位点（N143、N164、N174 和 N234），可能还有其他位点。糖基化使蛋白质质量增加约 15kDa，在凝胶电泳分析中，β2GPI 呈现为约 50kDa 的弥散条带。此外，还有酪氨酸残基的亚硝化、半胱氨酸残基的还原和亚硝化等翻译后修饰，这些修饰动态变化，通常在细胞外发生。
1999：J - 伸长形式
1999 年，Bouma 等人和 Schwarzenbacher 等人同时报道了从人血浆中纯化的 β2GPI 的 2 个相似结构。通过 X 射线晶体学解析，分辨率分别为 2.70 ?（1QUB.pdb）和 2.87 ?（1C1Z.pdb）。这是首次揭示 β2GPI 5 个结构域的排列和空间关系，其呈伸长形状，结构域之间具有一定柔性。前 2 个结构域几乎垂直排列，DII 和 DIII 之间有一些弯曲，DIII 和 DIV 之间有明显弯曲，形成特征性的 J - 伸长形式。在 DIII 的 N143、N164、N174 和 DIV 的 N234 位点发现了 4 个分支糖基化。这 2 个晶体结构表明，DV 可锚定到磷脂上，使其他 4 个结构域朝向血管腔，便于抗磷脂抗体结合。
不过，这一结构研究存在局限性。1QUB.pdb 结构中，磷脂结合环的 312 - 318 位残基有间隙，可能是环的柔性或被蛋白酶切割导致；且 311 位残基为苏氨酸（T）而非保守的丝氨酸（S）。1C1Z.pdb 结构中，该环基于电子密度建模，311 位残基为丝氨酸，但 247 位残基为亮氨酸（L）而非缬氨酸（V），V247L 变异会增加产生抗 β2GPI 抗体的风险。此外，晶体在高盐浓度下形成，β2GPI 纯化使用高氯酸，这些条件可能破坏其在人血浆中的天然构象。
2002：S - 扭曲构象
2002 年，Hammel 等人鉴于 X 射线研究的局限性，利用小角 X 射线散射（SAXS）研究人和牛的 β2GPI。SAXS 可在更接近生理 pH 和盐浓度的溶液中研究蛋白质结构，但分辨率较低。研究测量到 β2GPI 的 SAXS 图谱显示其为伸长蛋白，且在溶液中几乎以单体形式存在。回转半径为 4.3nm，最大粒子长度为 13.6nm，与 X 射线晶体结构的 14.3nm 接近。
虽然 J - 伸长形式结合 4 个 N - 糖基化的模型能较好拟合实验数据，但 Hammel 等人通过对缓冲液扣除后的 SAXS 图谱进行从头解卷积，认为 DII 和 DIII 之间需发生 130° 的旋转，以轻微改善拟合，这导致了 S - 扭曲构象，与 X 射线晶体学观察到的 J - 伸长形式显著不同。为满足 SAXS 数据重建的低分辨率模型，还需使 DIII 中与 143 位残基相连的 N - 糖基化采取不寻常的完全伸展构型，可能覆盖致病自身抗体识别的表位（如 G40 - R43）。基于此提出模型，认为 β2GPI 在溶液中呈 S - 扭曲形式，使 DI 中的表位隐蔽，与磷脂结合后变为 J 形。但该模型缺乏生化证据支持，也没有对 β2GPI 与阴离子表面结合的结构分析。
2010：O - 圆形构象
2010 年，A?ar 等人报道单体 β2GPI 并非 S 形或 J 形，而是呈 O - 圆形构象。通过负染色电子显微镜（EM）观察，发现 O - 圆形形式的特征是 DI 和 DV 之间存在分子内相互作用。基于质谱分析，推测 DI 中的 K19、R39 和 R43 等特定残基与 DV 中的 K305 和 K317 有接触。还发现改变盐和 pH 条件或用小鼠抗 DI 单克隆抗体 3B7 孵育，O - 封闭形式可转化为 J - 伸长开放形式。由此得出结论：β2GPI 在血液中呈封闭形式，该封闭形式与 J - 伸长开放形式处于动态平衡，抗 DI 抗体特异性识别开放形式。
2018 年，Buchholz 等人用原子力显微镜（AFM）得出类似结论，发现血浆纯化的 β2GPI 大多呈封闭构象。用乙酸 N - 羟基琥珀酰亚胺酯对赖氨酸残基进行化学乙酰化，可破坏 O - 圆形形式，使其转变为 J - 伸长形式，表明赖氨酸残基控制 β2GPI 的构象动态变化。2020 年，Szabo 等人也报道了人血浆纯化的 β2GPI 的封闭和开放形式的 EM 图像。然而，O - 圆形形式是 β2GPI 结合表面得到的，在溶液中可能不存在单体形式，EM 和 AFM 成像过程可能导致蛋白质聚集或寡聚化，使结构看起来呈圆形。
2020 - 2024：J - 伸长形式的复兴及对 APS 的意义
近 5 年，研究人员利用多种方法研究 β2GPI 的溶液结构，得出结论：单体 β2GPI 在人血浆中呈 J - 伸长构象，易与磷脂和自身抗体识别；该伸长形式即使在极端 pH 和离子强度条件下也不会环化，开放和封闭形式并非处于平衡状态；J - 伸长形式具有柔性，结构域可弯曲或旋转，存在快速相互转换的结构中间体；抗 DI 抗体与 β2GPI 结合较弱，其结合亲和力不受糖基化和 DII 与 DIII 连接子缺失的影响；β2GPI 失去磷脂结合能力，就无法在脂质膜上与抗 DI 抗体形成复合物。
由此提出新的机制观点：可溶性 β2GPI 呈柔性伸长形式，与磷脂结合后，通过 DV 增加蛋白质局部浓度，刺激自身抗体识别，形成磷脂结合的 β2GPI - 抗体复合物簇。这一模型突出了 DV 在 APS 病理中的重要作用，DIV 也成为潜在关键因素，可能通过优化磷脂结合的 β2GPI 方向，促进其与其他蛋白质的相互作用。
该模型还为 APS 的 “两次打击” 假说提供了研究框架。在健康个体中，二次事件（如创伤、感染等）可增强单体 β2GPI 与阴离子表面结合，起到保护作用；而在自身抗体存在时，β2GPI 会形成多聚体，导致细胞信号增加和补体激活，产生致病作用。以妊娠为例，β2GPI 对胚胎发育有益，但自身抗体诱导的多聚化可能导致胎儿丢失。
2024：未来
尽管在 β2GPI 研究方面取得了进展，但仍有许多关键问题待解决。
β2GPI 对滋养层细胞、子宫和蜕膜内皮细胞具有独特亲和力，需确定吸引 β2GPI 的细胞决定因素，以了解其细胞定位机制。
APS 患者 β2GPI 糖基化改变，尤其是唾液酸化减弱，对 APS 发病机制的影响尚不明确。糖基化虽不影响抗 DI 抗体识别 G40 - R43 表位，但可能影响与其他表位结合，还可能影响 β2GPI 的构象和功能，需进一步研究。
APS 患者自身抗体的异质性与临床表现的关系也需深入研究。例如，抗 DI 抗体虽与血栓形成风险增加有关，但不能区分动脉或静脉血栓，也无法区分产科和非产科 APS 病例。研究发现，血栓性 APS 患者体内至少有 2 种不同的抗 DI 抗体群体，识别 DI 中 R39 残基两侧的不同表位，可能导致免疫复合物空间排列不同，进而产生不同功能结果。
氧化还原修饰在 APS 中的临床意义也需进一步探索。APS 患者存在氧化应激增加，氧化还原敏感氨基酸的修饰可能改变 β2GPI 与阴离子表面的反应性，影响其在溶液和表面的分布，进而影响自身抗体致病性和 β2GPI 的生理功能。
此外，还需确定促使 β2GPI 形成多聚体结构（可溶性寡聚体或不溶性蛋白纤维）的因素和机制。β2GPI 错误折叠可形成纤维，且具有免疫原性。研究发现，DI 中 C32 - C60 二硫键断裂会降低蛋白质热力学稳定性，使其更易展开。
最后，需要进行结构研究，以原子水平了解全长 β2GPI 与自身抗体、不同类型膜和其他分子的相互作用。目前相关实验数据较少，自 1999 年以来，2020 年的研究是 β2GPI 结构生物学的主要进展，近期虽有新结构存入蛋白质数据库，但部分结果有待进一步研究和报道。
结论
过去 30 年，结构和生物物理方法的进步使 β2GPI 研究取得进展。多种技术的应用构建了抗磷脂抗体与 β2GPI 结合的理论模型，体现了结构动力学在 APS 发病机制中的重要作用。继续深入研究有助于开发更精准的诊断测试，识别致病性自身抗体亚群，还能推动新疗法的研发，克服现有治疗方法的局限性。
