基于理性设计的huSMP30蛋白工程改造提升V型神经毒剂解毒效率研究

针对V型神经毒剂缺乏高效解毒酶的难题，研究人员通过理性设计策略对人源衰老标记蛋白30(huSMP30)进行定向改造。通过计算机辅助分析筛选关键氨基酸位点(E18/A62/K106等)，构建14种突变体并验证其水解Demeton-S(模拟V型毒剂)活性，最终获得催化效率(kcat/Km)提升26倍的K106S突变体，为开发新型生物清除剂奠定基础。

　　

神经毒剂威胁一直是全球公共安全领域的重大挑战，其中V型神经毒剂因其高毒性和环境持久性尤为棘手。传统解毒方案如阿托品和肟类化合物仅能缓解症状，无法直接分解毒剂。更棘手的是，已知的人源酶如对氧磷酶1(huPON1)对V型毒剂完全无效，这使得开发新型解毒酶迫在眉睫。

南亚大学的研究团队将目光投向具有潜在水解活性的人源衰老标记蛋白30(huSMP30)。虽然该酶对模拟V型毒剂的Demeton-S展现微弱活性，但其催化效率远未达治疗要求。为此，研究人员采用多学科交叉策略，通过计算机辅助设计结合实验验证，成功将huSMP30改造为高效解毒酶，相关成果发表于《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》。

研究团队首先运用生物信息学分析技术，通过结构比对锁定huSMP30(PDB ID: 3G4E)与PON1的活性差异区域，结合分子对接识别出E18、K106等6个关键位点。随后采用位点定向突变技术构建14种突变体，通过重组表达和酶动力学分析筛选最优变异。

In silico分析揭示活性位点

通过三维结构比对发现，huSMP30虽与PON1同属β-螺旋桨结构，但金属结合位点存在显著差异。分子对接显示K106与底物磷酸基团形成关键相互作用，这为后续突变设计提供理论依据。

突变体构建与活性验证

单点突变中K106S表现最突出，其k_cat/K_m值提升26倍。进一步构建的双/三重突变虽未呈现叠加效应，但证实K106在催化中的核心作用。值得注意的是，此前增强乳糖酶活性的N154Q突变在本体系中反而降低OP水解活性，揭示底物特异性调控的复杂性。

讨论与展望

该研究首次实现huSMP30对V型毒剂模拟物的高效水解，突破现有解毒酶谱系限制。K106S突变通过优化底物结合微环境，显著提升催化效率。相比传统化学解毒剂，这种生物清除剂能在血液中直接分解毒剂，从根本上阻断中毒进程。

研究团队在讨论部分指出，未来需通过随机突变等策略进一步优化活性，并解决体内递送、免疫原性等转化医学问题。值得关注的是，该成果不仅为神经毒剂解毒提供新方案，其理性设计策略更为其他酶改造项目提供范本。

该工作由Rinkoo Devi Gupta团队完成，Priyamedha Yadav和Manik Goel为共同第一作者。研究获得印度国防研究与发展组织(DRDO)和印度医学研究委员会(ICMR)资助，彰显其战略价值。正如研究者所言，这项突破标志着"从症状治疗"到"病因清除"的范式转变，为应对化武威胁开辟新途径。