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为探究 APOE ε4 与心血管疾病（CVD）和阿尔茨海默病（AD）关联的分子机制，研究人员以豚鼠载脂蛋白 E（apoE）为模型开展研究。结果发现豚鼠 apoE 脂质结合能力更强，其 CT 结构域影响蛋白功能。这为理解 apoE4 作用及相关疾病机制提供新视角。
在生命的长河中，胆固醇的运输与代谢一直是生物学家们重点关注的领域，而载脂蛋白 E（apoE）则在其中扮演着至关重要的角色。人类的 apoE 基因存在多态性，主要有 APOE ε2、APOE ε3 和 APOE ε4 三种等位基因，分别编码 apoE2、apoE3 和 apoE4 三种异构体。其中，APOE ε4 与心血管疾病（CVD）以及阿尔茨海默病（AD）的发病风险密切相关，携带 APOE ε4 等位基因的个体，患 AD 的风险明显高于 APOE ε3 携带者。然而，尽管科研人员对 apoE 进行了大量研究，但 APOE ε4 与这些疾病之间关联的分子基础仍不明确。这就好比在黑暗中摸索，虽然知道 apoE 是解开疾病谜团的关键，但却找不到那把精准的钥匙。
为了打破这一困境，来自国外的研究人员以豚鼠（Guinea Pig，GP）的 apoE 为模型展开了深入研究。豚鼠的 apoE 与人类 apoE4 有 72% 的同一性，但存在特定氨基酸缺失，这使得它成为研究 apoE4 功能的理想模型。研究成果发表在《Archives of Biochemistry and Biophysics》上。
研究人员运用了多种技术方法。在蛋白研究方面，通过序列分析获取豚鼠及其他物种 apoE 的序列并进行比对；利用蛋白质表达与纯化技术获取重组豚鼠 apoE 等多种蛋白；采用 Western blot 检测蛋白的交叉反应性。在结构与功能研究中，运用圆二色谱（CD）和荧光光谱分析蛋白结构，通过胍盐酸（GdnHCl）诱导变性研究蛋白稳定性；借助 DMPC 囊泡溶解试验和胆固醇流出试验探究蛋白的脂质结合和胆固醇流出能力；利用氢氘交换质谱（HDX/MS）研究蛋白的动力学和结构动态变化；还通过有限胰蛋白酶水解试验分析蛋白对蛋白酶的敏感性。
研究结果如下：
- 蛋白表达、纯化及特征：通过序列比对发现豚鼠 apoE 与人类 apoE3/E4 有 72% 的同一性，且存在特定氨基酸缺失。重组豚鼠 apoE 经表达纯化后，SDS-PAGE 和免疫印迹分析表明其能与抗人 apoE 抗体发生交叉反应，这意味着豚鼠 apoE 在结构上与人类 apoE 存在相似之处，为后续研究提供了基础。
- 自我关联：使用赖氨酸特异性交联剂 DMS 处理豚鼠 apoE，发现它能像 apoE3 和 apoE4 一样发生分子间交联，形成二聚体和四聚体，说明豚鼠 apoE 在自我关联方面与人类 apoE 类似，相关位点可能参与其中。
- 脂质结合特性：在 DMPC 囊泡溶解试验中，豚鼠 apoE 将大单层囊泡（LUVs）转化为小圆盘状颗粒的能力明显强于 apoE3 和 apoE4，接近载脂蛋白 AI（apoAI）。在胆固醇流出试验中，豚鼠 apoE 促进胆固醇流出的能力与 apoE3 和 apoE4 相似，表明 246 - 252 位残基对胆固醇流出作用不大。此外，非变性凝胶电泳显示豚鼠 apoE 形成的脂蛋白复合物与 apoE3 和 apoE4 类似。
- 二级和三级结构分析：圆二色谱显示豚鼠 apoE 的 α - 螺旋含量与 apoE3 和 apoE4 相近。内在荧光发射光谱和 bis - ANS 荧光发射光谱表明，豚鼠 apoE 的结构动力学可能更接近 apoE4，且其 CT 结构域的微环境发生变化，有更多暴露的疏水区域，这与它增强的脂质结合能力相关。
- 蛋白解折叠和稳定性参数：GdnHCl 诱导变性实验表明，豚鼠 apoE 的解折叠模式为双相，与 apoE3 和 apoE4 相似，可分为 CT 结构域和 NT 结构域的解折叠过程，且 NT 结构域更稳定。
- 蛋白动力学和 HDX 动力学：HDX/MS 分析显示，豚鼠 apoE 在天然条件下存在中间态和部分开放状态，与 apoE4 相似，且比载脂蛋白 AI（apoAI）更明显，这进一步说明了豚鼠 apoE 的结构动态变化特点。
- 有限蛋白水解：有限蛋白水解实验发现，豚鼠 apoE 对蛋白酶的抗性强于 apoE3 和 apoE4，可能是由于其特定的氨基酸序列变化和缺失导致的。
研究结论和讨论部分指出，豚鼠 apoE 在解折叠模式上与 apoE3/E4 相似，但在脂质结合能力和对蛋白酶的抗性方面表现更优。CT 结构域的缺失似乎增强了豚鼠 apoE 的脂质结合能力，可能是因为改变了蛋白 - 蛋白和蛋白 - 脂质相互作用的平衡。这一研究不仅有助于理解 apoE 在脂质代谢中的作用机制，还为开发针对 APOE ε4 相关疾病的药物提供了新的思路。例如，通过调节 apoE 的脂质结合能力，有可能改善脂蛋白代谢，降低心血管疾病和阿尔茨海默病的发病风险。同时，研究豚鼠 apoE 与淀粉样 β 肽的相互作用，也有望揭示阿尔茨海默病的发病机制，为治疗这一棘手的疾病开辟新的方向。
