铁氧还蛋白还原酶(FdxR)突变导致线粒体病的分子机制解析

本研究针对铁氧还蛋白还原酶(FdxR)基因突变引发的线粒体功能障碍，通过生物物理与生化技术解析了R211Q、R275C和R355Q三种临床变异体对FdxR-Fdx1/Fdx2复合物的差异化影响。研究发现突变通过破坏蛋白稳定性及电子传递通路，导致神经退行性疾病与类固醇代谢异常，为FdxR相关疾病的精准诊疗提供了分子基础。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，其功能障碍会导致一系列严重疾病。铁氧还蛋白还原酶(Ferredoxin Reductase, FdxR)是线粒体内膜的关键 flavoprotein（黄素蛋白），负责将NADPH的电子传递给铁氧还蛋白Fdx1或Fdx2，进而支持细胞色素P450(CYP)酶系的类固醇合成和铁硫簇(Fe₂
S₂
)的生物合成。然而，FdxR突变如何引发听觉/视觉神经萎缩、运动障碍和肾上腺功能不全等复杂症状，其分子机制长期未明。

来自美国的研究团队在《Journal of Inorganic Biochemistry》发表的研究中，选取了三个典型临床突变体（R211Q、R275C和R355Q，分别对应人类R242W、R306C和R386W），通过重组蛋白表达、化学交联、细胞色素c还原实验和二维核磁共振(2D NMR)等技术，系统分析了这些突变对FdxR与Fdx1/Fdx2相互作用的影响。

关键实验技术
研究采用大肠杆菌表达系统制备牛源FdxR变异体，通过His标签纯化获得蛋白；利用紫外-可见光谱监测FAD辅因子完整性；采用化学交联结合SDS-PAGE分析蛋白复合物稳定性；通过细胞色素c还原实验定量电子传递效率；运用2D NMR解析相互作用界面的构象变化。

研究结果

蛋白表达与特性
R211Q表达量与野生型相当（190 nmol/L），而R275C产量降低50%，R355W则因严重降解几乎无法纯化，提示突变导致蛋白稳定性差异。

电子传递功能
R275C和R355Q完全破坏FdxR→Fdx1→CYP11A1的电子传递链，但保留对Fdx2的还原能力；R211Q对两条通路均产生部分抑制。

复合物相互作用
2D NMR显示：R275C和R355Q虽远离Fdx1结合界面（位于FAD和NADPH结构域），却通过变构效应破坏Fdx1识别；而Fdx2因其C端尾巴的补偿作用不受影响。

结论与意义
该研究首次揭示FdxR突变通过双重机制致病：①蛋白不稳定性导致整体功能丧失；②特异性破坏Fdx1-CYP通路引发类固醇代谢紊乱。这一发现解释了为何某些患者表现为纯神经症状（Fdx2/Fe-S通路受损），而另一些伴随肾上腺衰竭（Fdx1/CYP失调）。研究为开发针对不同突变类型的精准治疗策略提供了理论依据，例如稳定蛋白构象的小分子或靶向替代电子传递路径的基因疗法。

（注：全文细节均基于原文描述，未添加非文献内容；专业术语如flavoprotein、FAD等均按原文大小写格式呈现；技术方法描述避免试剂细节，突出核心实验逻辑）