天然与聚集态人血清蛋白与DMPC双层膜的相互作用机制及其生物物理意义

本研究针对蛋白-脂质相互作用在生物膜功能调控中的核心问题，通过多光谱联用技术系统探究了人血清白蛋白(HSA)天然态与热聚集态对二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)双层膜结构及动态特性的影响。研究人员发现HSA通过表面吸附削弱DMPC羰基氢键网络并降低相变温度，而脂质膜可抑制HSA聚集进程。该成果为理解膜环境对蛋白构象疾病的调控提供了新视角，发表于《Biophysical Chemistry》。

　　

在生命活动的微观世界中，蛋白质与细胞膜的相互作用如同精密的分子舞蹈，调控着物质运输、信号传导等关键生理过程。当这种平衡被打破时，蛋白质异常聚集可能导致阿尔茨海默症等构象疾病。然而，学界对膜脂质如何影响非淀粉样蛋白的聚集行为，以及蛋白聚集态如何反作用于膜结构的认识仍存在空白。特别是人血清白蛋白(HSA)这种含量丰富的运输蛋白，其与膜脂的相互作用机制尚未被充分揭示。

为解答这些问题，研究人员以中性磷脂二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)为模型膜，结合紫外可见散射、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和自旋标记电子顺磁共振(EPR)三大技术，首次系统比较了天然态与热诱导聚集态HSA对膜特性的差异化影响。

研究采用温度依赖的OD₄₀₀监测技术追踪DMPC相变和HSA聚集动力学，ATR-FTIR解析分子间氢键变化，EPR结合5-多卡因磷脂自旋标记物(5-PCSL)探测膜界面微环境。所有实验均在磷酸盐缓冲液(pH 7.4)中进行，HSA浓度固定为0.15 mM，DMPC浓度根据检测方法调整。

3.1 UV-可见分光光度法
通过监测400 nm光密度变化，发现天然HSA使DMPC主相变温度降低1.5°C并消除预相变，而DMPC将HSA聚集起始温度(T_agg)从70°C略微提升。动力学实验显示脂质膜可延缓HSA聚集进程，表明表面吸附抑制了蛋白-蛋白相互作用。

3.2 ATR-FTIR光谱分析
酰胺I带解析揭示热聚集使HSA的α-螺旋含量从67%降至无序结构，伴随1620 cm^-1处β-折叠特征峰出现。值得注意的是，DMPC的羰基伸缩振动(1745 cm^-1)显示HSA使氢键化羰基比例降低23%，这种效应在液相膜(36°C)比凝胶相(8°C)更显著。

3.3 自旋标记EPR研究
5-PCSL谱图显示天然HSA使DMPC凝胶相的2A_max参数降低1.2 G，聚集态HSA作用较弱。所有蛋白处理组均使主相变温度(T_m)下移，其中天然蛋白效应最显著(ΔT_m=1.8°C)，证实蛋白主要作用于膜界面而非疏水核心。

这项研究首次阐明HSA通过"双面调节"机制与DMPC膜相互作用：一方面，蛋白通过表面吸附破坏脂质羰基氢键网络，降低膜有序度；另一方面，膜环境通过空间位阻抑制蛋白聚集。特别值得注意的是，聚集态HSA对膜的影响弱于天然态，这可能与其表面电荷分布改变有关。该发现为理解血液中脂质载体对蛋白稳定性的保护作用提供了分子基础，也为开发基于脂质纳米颗粒的蛋白聚集抑制剂提供了理论依据。未来研究可拓展至病理相关淀粉样蛋白与不同磷脂组成的相互作用，进一步揭示膜脂在构象疾病中的调控角色。