Zn(II)调控6aJL2R24G蛋白淀粉样纤维聚集的分子机制：实验与理论联合解析

本研究聚焦轻链淀粉样变性（AL）的关键致病蛋白6aJL2R24G，通过光谱学、分子动力学模拟及等温滴定量热技术，首次揭示Zn(II)通过结合蛋白的组氨酸/天冬氨酸残基形成多构象复合物，加速纤维成核但抑制延伸的独特调控机制，为金属离子干预AL病理进程提供新靶点。

　　

在人体免疫系统的精密防御网络中，抗体轻链的代谢失衡可能引发致命的轻链淀粉样变性（AL）。这种疾病以λ型免疫球蛋白轻链异常聚集成淀粉样纤维为特征，其中λ6a胚系蛋白的突变体6aJL2R24G（R24G）在25%的λ6a相关病例中出现。尽管金属离子如Cu(II)对蛋白聚集的影响已有报道，但作为人体第二大必需微量元素的Zn(II)如何影响AL进程仍是未解之谜。

墨西哥州自治大学（UAEM）的研究团队在《Journal of Inorganic Biochemistry》发表的研究中，综合运用圆二色谱（CD）、透射电镜（TEM）、等温滴定量热（ITC）和分子动力学模拟，首次系统解析了Zn(II)与R24G蛋白的相互作用机制。研究发现，Zn(II)以微摩尔级亲和力结合蛋白的两个位点，在不改变β-折叠二级结构和热稳定性的前提下，通过诱导strand A、strand G及EF环构象变化，使蛋白更易形成纤维成核种子。

关键实验方法
研究采用大肠杆菌BL21(DE3)表达系统制备重组R24G蛋白，通过硫黄素T荧光动力学监测纤维形成，ITC测定结合常数，CD分析二级结构，TEM观察纤维形态，并运用分子动力学模拟揭示Zn(II)结合引起的局部构象变化。

主要研究结果

1. Zn(II)对纤维形成动力学的影响
   硫黄素T实验显示，50μM Zn(II)使纤维成核的滞后时间（t_lag）从330.3±35.2分钟缩短至215.8±25.1分钟，但显著降低延伸速率。TEM证实纤维形态未发生改变。

2. 结合特性与结构稳定性
   ITC揭示蛋白存在两个结合位点（K_d≈10^-6 M），CD谱显示Zn(II)未引起α-螺旋或β-折叠含量变化，熔解温度（T_m）保持51.5±0.3℃。

3. 分子机制解析
   模拟显示Zn(II)通过His8/Asp89/Glu111等残基介导蛋白寡聚，形成空间位阻阻碍单体继续添加。这种"种子锁定"效应解释了加速成核但抑制延伸的表型。

研究意义
该工作首次阐明Zn(II)在AL中的双相调控作用：一方面通过提高局部蛋白浓度促进病理种子形成，另一方面通过多几何位点结合阻碍纤维延伸。这种机制为理解金属离子在蛋白质构象病中的复杂角色提供了新范式，也为开发基于金属螯合剂的AL干预策略奠定理论基础。研究特别指出，血清中11-18μM的Zn(II)生理浓度可能通过类似机制影响疾病进程，这为后续临床研究提供了重要方向。