HMGB1氧化还原依赖性结构与热稳定性的热力学解析：揭示其双功能性的分子基础

本研究通过纳米差示扫描荧光技术(nanoDSF)首次揭示了HMGB1蛋白在还原态与二硫键状态下的热力学差异，发现还原态虽热稳定性较低但具有更高的解折叠焓值，而全长蛋白的折叠可逆性受氧化还原状态调控。该成果为理解HMGB1在核内DNA转录与胞外炎症中的双功能机制提供了关键分子见解。

　　

在细胞生命活动中，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）扮演着"变色龙"般的多面角色——它既是细胞核内DNA转录的调控者，又是引发炎症的"危险信号分子"。这种功能的双重性与其所处的氧化还原环境密切相关：在还原性的细胞核内，HMGB1以还原态存在促进DNA结合；而在氧化性的胞外环境，其A-box结构域中C23-C45形成的二硫键则激活炎症通路。然而，这两种状态下的结构动态变化与热力学稳定性差异长期缺乏系统研究，这极大限制了对HMGB1功能转换分子机制的理解。

德国柏林洪堡大学等机构的研究人员采用创新性的纳米差示扫描荧光技术(nanoDSF)，结合圆二色谱(CD)、高压傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电子顺磁共振(EPR)等多学科手段，首次对HMGB1不同氧化还原状态下的热力学性质进行了精准解析。研究发现：还原态A-box虽熔点温度(T_m
)较二硫键形式低9K，但解折叠焓变(ΔH_u
)却高出92.5 kJ/mol；全长HMGB1的还原态可逆折叠而二硫键形式不可逆；C端酸性尾通过静电作用稳定蛋白结构。这些发现为解释HMGB1的"位置决定功能"现象提供了热力学基础，相关成果发表于《Biophysical Chemistry》。

关键技术包括：1）纳米差示扫描荧光(nanoDSF)实现微量样品的高精度热解折叠分析；2）电子顺磁共振(EPR)验证半胱氨酸氧化还原状态；3）高压傅里叶变换红外光谱揭示压力依赖性构象变化；4）圆二色谱监测二级结构热转变。

【A-box结构域的热力学特性】
通过nanoDSF分析发现，二硫键状态的A-box熔点温度(T_m
=331.5K)显著高于还原态(322.5K)，但后者解折叠焓变(251.4 kJ/mol)比前者(158.9 kJ/mol)高出58%。CD光谱显示二者α-螺旋含量相当，但高压FTIR揭示还原态在2kbar即发生构象调整，而二硫键形式耐受至3kbar。这表明二硫键虽增强热稳定性，却限制了构象熵变。

【全长蛋白的折叠调控】
全长HMGB1表现出独特行为：两种状态的T_m
相近(327.7-327.8K)，但仅还原态能可逆折叠。截断实验证实B-box单独存在时不可逆解折叠，暗示还原态A-box通过其高构象熵协助B-box正确重折叠。C端酸性尾的缺失使ΔH_u
降低8%，证实其静电稳定作用。

【生物学意义】
该研究建立了HMGB1氧化还原状态与功能转换的热力学关联：1）还原态的高构象熵利于核内DNA结合所需的灵活性；2）二硫键状态的受限构象熵减少胞外蛋白互作的能量损失；3）C端尾作为"分子锚"维持结构完整性。这些发现为开发靶向HMGB1的炎症性疾病治疗策略提供了新思路——通过调控其氧化还原敏感性而非直接抑制，可能获得更精准的干预效果。

值得注意的是，研究发现二硫键形成发生在蛋白折叠后期，这解释了为何HMGB1在氧化应激时易发生错误折叠。该机制可能与其在脓毒症、肿瘤等疾病中的病理作用相关，为理解HMGB1相关疾病的分子机制开辟了新视角。