综述：Anfinsen热力学假说与淀粉样纤维形成及多态性的一致性程度分析

这篇综述深入探讨了Anfinsen热力学假说在淀粉样纤维（amyloid fibrils）形成与多态性中的适用性，通过四类问题（天然结构定义、热力学路径、序列-结构关系、生理微环境）系统论证了淀粉样蛋白的病理聚集仍遵循"序列-环境共同决定最低自由能构象"的核心原则，尤其强调了蛋白水解片段、相分离（phase separation）、翻译后修饰（PTMs）和辅因子（cofactors）在病理微环境中的关键作用。

　　

应用Anfinsen假说解析淀粉样纤维

Anfinsen热力学假说作为蛋白质科学的基石已逾半个世纪，其核心观点认为蛋白质在生理环境中的天然构象是其自由能最低状态。然而淀粉样纤维的形成——以β片层堆叠为特征、与神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）密切相关的异常聚集体——似乎挑战了这一经典理论。通过热力学视角重新审视淀粉样纤维的多态性和形成机制，揭示其仍符合"序列决定结构"的基本规律，只是生理微环境（physiological milieu）的定义需要扩展至病理条件。

淀粉样蛋白的天然结构多样性

疾病相关的淀粉样蛋白在转化为纤维前存在四种天然结构：1）球状结构（如β₂-微球蛋白）；2）膜/脂相关结构（如载脂蛋白）；3）激素（如胰岛素）；4）无序或未知结构（如tau、α-synuclein）。值得注意的是，所谓"天然无序蛋白"在体内可能通过与微管（tau）、突触小泡（α-synuclein）或RNA（TDP-43）的相互作用获得有序性。约60%的致病淀粉样蛋白需经蛋白酶切割产生片段后方能形成纤维，例如β淀粉样蛋白（Aβ）由淀粉样前体蛋白（APP）经β/γ分泌酶切割产生。

淀粉样纤维形成的热力学路径

淀粉样纤维的极端稳定性源于其深自由能阱，但成核过程需克服高能垒（图2）。关键障碍包括：1）成核时熵损失；2）带电残基的静电排斥（可通过辅因子中和）；3）二级成核（secondary nucleation）的动力学控制。有趣的是，不同多态体（A1/A2/A3）的成核能垒差异可能导致动力学优势构象（如A1）先于热力学最稳定构象（如A2）占据主导，这种现象在体外实验中尤为明显。

序列变异驱动多态性

单氨基酸突变（如Aβ的E22G Arctic突变）、选择性剪接（如tau的3R/4R亚型）或蛋白酶切割均可改变蛋白序列能量格局（图3），使原本受保护的淀粉样核心暴露。临床证据显示，特定疾病中患者纤维结构高度一致（如tauopathies中不同患者的纤维折叠几乎相同），提示病理微环境对多态性的强选择作用。而体外实验观察到的丰富多态性，恰恰反映了缺乏生理环境约束时的构象探索。

病理微环境的决定性作用

淀粉样纤维的"生理状态"实为病理条件，其形成受三大因素调控：

1）浓度效应：相分离导致的局部高浓度克服成核熵障，如TDP-43在RNA颗粒中的液-固相转变；

2）翻译后修饰：异常磷酸化显著降低tau正电荷（从+14降至+4），促进自聚集；

3）辅因子调控：RNA通过磷酸骨架引导tau纤维折叠，脂质介导α-synuclein多态性选择，而annexin A11甚至成为TDP-43纤维的必要组分。

这些发现为理解神经退行疾病的分子分型提供新视角——特定的微环境特征（如特定RNA种类、脂质组成或蛋白酶活性）可能像"分子模具"般塑造特征性纤维折叠，进而决定临床病理表型。未来研究需在更接近生理的模型（如类器官）中验证这些发现，以区分因果因素与疾病伴随现象。

结论

Anfinsen假说经适当拓展后，仍能完美诠释淀粉样纤维的形成逻辑：在病理微环境这一特殊"生理状态"下，变异的蛋白序列（包括突变体、剪接变体或片段）通过适应最低自由能原则，形成以交叉β结构为特征的稳定聚集态。这一认识为开发针对特定纤维构象的精准诊疗策略奠定了理论基础。