βB2-晶状体蛋白G119R突变通过破坏寡聚稳态和结构稳定性诱发先天性白内障的分子机制研究

本研究针对先天性白内障的致病机制，聚焦βB2-晶状体蛋白新发突变G119R，通过SEC、CD光谱和分子动力学模拟等多技术联用，揭示该突变通过破坏蛋白寡聚平衡（oligomeric homeostasis）、降低热稳定性及环境应激耐受性，导致晶状体透明度丧失。成果为白内障靶向治疗提供新理论依据，发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

　　

先天性白内障是儿童致盲的首要遗传性眼病，其中晶状体结构蛋白βB2-晶状体蛋白（βB2-crystallin）的基因突变占致病因素的主要部分。尽管已有超过100个基因被证实与白内障相关，但多数突变的分子机制仍不明确。尤其令人困惑的是，βB2-晶状体蛋白作为维持晶状体透明度和细胞内环境稳定的核心成分，其保守位点突变如何通过分子层面的级联反应最终导致病理变化，这一科学问题亟待解答。

浙江大学医学院的研究团队发现了一个中国家族性先天性核性白内障的新突变βB2-G119R，并系统阐明了其致病机制。通过生物信息学分析发现，第119位的甘氨酸（G119）在β/γ-晶状体蛋白家族中高度保守，且位于第三个希腊钥匙（Greek-key）结构域内。当甘氨酸被精氨酸取代（G119R）时，蛋白质的带电性质与空间构象发生显著改变，进而引发一系列病理效应。

研究采用尺寸排阻色谱（SEC）分析蛋白寡聚状态，发现突变体寡聚体比例异常升高；圆二色谱（CD）和荧光光谱显示其二级结构紊乱且热稳定性降低；分子动力学模拟进一步揭示突变导致蛋白质高级结构动态平衡破坏。细胞实验证实，转染G119R突变体的HLE-B3人晶状体上皮细胞对环境应激（如氧化压力）的敏感性显著增强。这些发现首次建立了从氨基酸突变到临床表型的完整分子链条：G119R→寡聚失衡→结构失稳→应激抵抗缺陷→晶状体混浊。

关键技术方法包括：1）重组蛋白表达纯化系统（E. coli DE3）；2）结构分析技术（SEC、CD、ANS结合实验）；3）分子动力学模拟；4）HEK 293T和HLE-B3细胞应激模型。

【Glycine 119的进化保守性】
序列比对显示G119在哺乳动物至鱼类中完全保守，位于βB2-crystallin第三个Greek-key motif的β-折叠转折区。突变致病性预测软件评估G119R具有高致病风险。

【突变体结构特性改变】
SEC图谱显示突变体出现异常高分子量峰，提示寡聚体比例失衡；荧光光谱中最大发射波长（E_max
）红移3 nm，表明疏水核心暴露；CD谱显示β-折叠含量降低8.3%，热变性温度（T_m
）下降4.5°C。

【细胞应激敏感性】
在0.5 mM H₂
O₂
处理下，G119R转染细胞的存活率较野生型降低37%，且细胞内活性氧（ROS）水平升高2.1倍。

【分子动力学模拟】
100 ns模拟显示突变体均方根偏差（RMSD）波动增加25%，关键氢键网络断裂，导致C端结构域动态性异常增强。

讨论部分强调，该研究首次证实G119位点对维持βB2-crystallin四聚体界面稳定性具有决定性作用。突变引发的"结构脆弱性-环境应激"恶性循环，为理解先天性白内障发病提供了新范式。值得注意的是，研究发现的寡聚体失衡现象（野生型以四聚体为主，突变体形成更高阶寡聚物）与已知的年龄相关性白内障蛋白聚集机制存在本质差异，提示遗传性白内障可能需要特殊的干预策略。

这项由Jiarui Guo、Qing Tian等完成的研究，不仅为临床遗传咨询提供了新的分子标记（G119R），其建立的"结构缺陷-功能异常"研究模型，也为其他晶状体蛋白突变相关眼病的机制研究提供了方法论参考。国家自然科学基金（82371036）和浙江省杰出青年科学基金（R25H120005）资助的该项成果，标志着我国在眼遗传病分子机制研究领域取得重要进展。