计算模拟揭示1A型α-突触核蛋白淀粉样纤维的底物结合位点及其催化机制

本研究通过分子对接和分子动力学模拟，揭示了帕金森病相关α-突触核蛋白（aSyn）淀粉样纤维对磷酸酯底物pNPP的特异性结合机制。研究人员发现1A型aSyn淀粉样纤维通过富含赖氨酸和组氨酸50（His50）的界面腔（Site 2）稳定结合底物，为理解淀粉样纤维的催化活性提供了分子基础。该成果发表于《Biophysical Journal》，为开发靶向淀粉样纤维的干预策略提供了新思路。

　　

淀粉样纤维的化学活性之谜
长期以来，淀粉样纤维被视为神经退行性疾病中静态的病理终产物。然而近年研究发现，这些蛋白质聚集体竟能像酶一样催化化学反应——从阿尔茨海默病的Aβ纤维到调节血糖的胰高血糖素淀粉样纤维，都展现出意外的催化能力。这一现象颠覆了传统认知，但分子机制始终成谜。在帕金森病中，α-突触核蛋白（aSyn）形成的淀粉样纤维是路易小体的主要成分，其是否具有类似催化活性？这正是瑞典查尔姆斯理工大学与哥德堡大学联合团队试图解答的问题。

计算破解结合密码
研究团队选择1A型aSyn淀粉样纤维（PDB: 6H6B/6A6B）为模型，这是生理条件下野生型aSyn形成的典型折叠。通过SiteMap预测结合位点、分子对接和100纳秒分子动力学（MD）模拟，系统分析了模型底物对硝基苯基磷酸酯（pNPP）的结合特性。研究特别关注了前期实验证实的催化关键位点His50，该突变体会丧失水解活性。

三大发现揭示选择性结合机制

1. 三位一体的结合位点图谱
   计算预测显示每个原纤维存在三个潜在结合位点（Site 1-3）。Site 1位于纤维核心封闭腔体，生物可及性低；Site 3虽表面暴露但结合不稳定；唯独位于原纤维界面的Site 2形成稳定的结合口袋。

1. 动态迁移的分子芭蕾
   当pNPP被强制对接至Site 1或3时，MD模拟捕捉到戏剧性场景：20纳秒内底物自发迁移至Site 2。在6H6B结构中，Lys58像"分子鱼叉"将Site 1的pNPP拉出，而Site 3的底物则沿Val40"滑轨"转移。这种定向迁移揭示Site 2的热力学优势。

2. 赖氨酸网络的关键作用
   Site 2的稳定性源于独特的残基组合：来自一个原纤维的Lys43、Lys45和His50，与另一原纤维的Glu57、Thr59形成交叉相互作用。其中Lys43/45通过氢键锚定磷酸基团，His50虽不持续接触但贡献π-π堆叠，这种"静电-疏水"双机制解释了野生型纤维的特异性催化能力。

超越帕金森病的启示
尽管1A型纤维尚未在患者中发现，该研究建立的"计算-实验"框架可推广至其他淀粉样体系。特别值得注意的是，患者源性aSyn纤维中同样存在多磷酸（polyP）与Lys43/45的相互作用，暗示不同淀粉样折叠可能共享磷酸结合"热点"。

未解之谜与未来方向
研究留下三个开放性问题：1）无序的N/C端"模糊外衣"如何影响底物捕获？2）多底物协同结合是否会沿纤维长轴产生协同效应？3）如何将发现转化为针对病理性淀粉样纤维的精准干预？这些问题的解答，或将开启神经退行性疾病治疗的新范式。