FGF10的N端螺旋形成与二聚体-单体转换在特异性识别FGFR2b中的关键作用及结构机制研究

《The FEBS Journal》：N-terminal helix formation and dimer–monomer transition of FGF10 in specific recognition of FGFR2b

这篇研究揭示了成纤维细胞生长因子10（FGF10）通过N端α1螺旋构象变化和二聚体-单体转换特异性识别FGFR2b受体的分子机制。晶体结构分析表明，受体结合诱导FGF10的N端柔性环形成α1螺旋，使结合表面积增加37%（SASA计算），并通过疏水界面介导浓度依赖性二聚化（SEC-MALS验证）。该发现为FGF10在组织修复（如肺分支形态发生）和疾病（如COPD）中的靶向治疗提供了结构基础。

　　

FGF10的结构动态与功能机制解析

Abstract

成纤维细胞生长因子（FGF）家族通过22个成员调控细胞增殖、分化和组织修复等关键生理过程。FGF10作为FGF7亚家族成员，其与FGFR2b受体的特异性结合依赖于N端α1螺旋的构象变化。研究发现，游离态FGF10的N端呈现柔性双构象环（α1'），而受体结合后形成刚性α1螺旋，通过凸起" knob "结构和凹陷口袋使FGFR2b结合表面积扩大37%。

Crystal structure of FGF10 alone

人源FGF10（残基64-208）的2.6 ?晶体结构显示，不对称单元中存在两种构象的α1'环（图1A）。与FGFR2b结合态（PDB:1NUN）相比，游离态FGF10的β1-β4氢键网络解离，导致核心β-三叶草折叠的RMSD达3.3 ?（图1B）。N端截断实验（N77突变体）证实α1区域缺失会使HaCaT细胞增殖活性降低25%（图1C），与结合表面积损失比例（24.1%）高度吻合。

Receptor-binding induced conformational change

FGFR2b结合诱导的构象变化形成两个关键结构特征：1）α1螺旋作为" knob "插入FGFR2b D3域的L1-L2环间；2）α1与β4间新生口袋容纳FGFR2b的L1环（图2）。这种"双钳"式互作使FGF10-D3相互作用占比达总结合面的37%（534/799个相互作用），远高于保守D2域的结合贡献（187个相互作用）。

Oligomerization state of FGF10

SEC-MALS分析揭示FGF10存在浓度依赖性二聚化：5 mg·mL^-1以下为单体（19.1 kDa），10 mg·mL^-1时形成二聚体（36.6 kDa）（图3）。晶体堆积分析显示不对称二聚体界面包含F83/F85/Y161等疏水残基（图4A），该界面与FGFR2b D2域结合面重叠（图4B），暗示二聚化可能屏蔽非特异性结合。

Proposed binding mechanism

研究提出动态识别模型（图5）：1）循环中FGF10以二聚体隐藏D2结合界面；2）N端α1'特异性识别FGFR2b D3域并解离二聚体；3）肝素硫酸盐（HSGAG）介导受体二聚化启动信号。比较结构学分析发现，FGF1亚家族存在类似α1构象变化，而FGF9亚家族则呈现反向构象调控，反映FGF-FGFR识别的亚家族特异性。

Discussion

FGF10的N端可塑性为其在肺发育（如肺泡上皮修复）和疾病（如COVID-19相关肺损伤）中的应用提供结构线索。值得注意的是，临床失败的repifermin（重组FGF10）与已获批的palifermin（FGF7变体）的活性差异，可能源于N端截断对α1功能域的破坏。该研究为设计靶向FGFR2b的FGF10变体奠定了理论基础。