深海热泉细菌来源的硫酸化胞外多糖选择性抑制组织蛋白酶S弹性蛋白水解活性及其治疗意义

为解决炎症性疾病中组织蛋白酶S(CatS)过度降解弹性蛋白的难题，研究人员从深海热泉细菌中提取低分子量硫酸化胞外多糖(EPS)Dia9-Hsulf和Inf19-Hsulf，发现其能选择性抑制CatS弹性蛋白水解活性(纳摩尔级)，首次揭示通过阻碍弹性蛋白结合外位点(exosite)的新型抑制机制，为保护炎症中弹性蛋白完整性提供新策略。

　　

在人体复杂的生理活动中，弹性蛋白如同建筑中的"钢筋"，赋予肺部和血管等组织以弹性。然而，当组织蛋白酶S(Cathepsin S, CatS)过度活跃时，这种关键蛋白酶会像"失控的剪刀"般切割弹性蛋白，导致慢性阻塞性肺病(COPD)、肺气肿和心血管疾病等严重病症。传统动物来源的糖胺聚糖(GAGs)因批次差异大、结构不均一等缺陷难以临床应用。面对这一困境，来自法国国家健康与医学研究院(INSERM)和波兰国家科学中心的研究团队将目光投向了深海热泉这一极端环境，从两种特殊细菌——魔鬼弧菌(Vibrio diabolicus)和地狱交替单胞菌(Alteromonas infernus)中提取出低分子量硫酸化胞外多糖(EPS)，开创性地解决了这一难题。

研究团队采用重组蛋白表达、酶动力学分析、分子对接模拟等技术，系统评估了10种不同硫酸化程度的EPS衍生物。通过比较抑制常数(K_i)、半数抑制浓度(IC₅₀)等参数，结合原子力显微镜观察弹性蛋白网络变化，并利用超级计算机进行3D结构模拟。

主要研究结果

1. 酶抑制特性筛选
   高度硫酸化的Dia_9-Hsulf(≥40%硫酸化)展现出对CatS最强的选择性抑制，IC₅₀达纳摩尔级，且不干扰其他基质金属蛋白酶(如MMP-9/-12)活性。

2. 独特抑制机制
   动力学分析揭示Dia_9-Hsulf通过非竞争性抑制结合CatS的弹性蛋白结合外位点(Tyr170-Trp180区域)，而非传统活性中心，这种机制在CatS抑制研究中尚属首次报道。

3. 底物特异性
   在胶原蛋白和甲状腺球蛋白降解实验中，EPS仅阻断弹性蛋白水解，证实其精准调控能力。分子对接显示EPS的硫酸基团与CatS外位点形成强静电相互作用。

结论与意义
该研究发表于《Carbohydrate Polymers》，首次证实深海细菌EPS可通过"分子盾牌"机制保护弹性蛋白。Dia_9-Hsulf的特殊四糖结构(含GlcA-GlcNAc-GalNAc)与高硫酸化程度是其高效抑制的关键，为开发抗炎新药提供了全新思路。这种海洋来源的生物材料规避了传统GAGs的缺陷，在治疗COPD、动脉粥样硬化等疾病中展现出巨大潜力。研究团队特别指出，未来可通过微生物细胞工厂对EPS进行精准糖基化修饰，进一步优化治疗效果。