蛋白酶体相关自身炎症综合征：亚基突变对颗粒组装、结构与活性的影响机制剖析

本刊推荐：为解决蛋白酶体相关自身炎症综合征(PRAASs)的致病机制问题，研究人员针对蛋白酶体亚基突变(如β5i-T3M/T75M和β5i-G128V/G197V/G201V)开展结构生物学研究，通过酵母模型获得15个突变蛋白酶体的晶体结构，揭示突变通过破坏β亚基螺旋H3折叠、影响亚基间相互作用及底物结合通道构象灵活性，进而损害蛋白酶体组装成熟与催化活性(如ChT-L活性降低56%)，为理解自身炎症疾病提供了分子层面的创新见解。

　　

在遗传性自身炎症疾病研究领域，蛋白酶体相关自身炎症综合征(PRAASs)如同一道复杂的医学谜题，患者表现为周期性发热、脂肪代谢障碍和全身性炎症等症状。这类疾病与蛋白酶体亚基的单点突变密切相关，尤其多见于免疫蛋白酶体亚基β5i(PSMB8编码)。尽管临床研究发现T3M(T75M)和G128V(G197V/G201V)等突变与疾病发生高度相关，但这些突变如何影响蛋白酶体的三维结构、组装过程及功能活性，长期以来缺乏直接的实验证据。

为破解这一机制难题，慕尼黑工业大学的Eva M. Huber、Wolfgang Heinemeyer和Michael Groll团队在《Structure》期刊发表了突破性研究。他们巧妙利用酵母模型系统，构建了携带人类疾病相关同源突变的蛋白酶体突变体，通过整合遗传学、生物化学与结构生物学方法，首次解析了突变蛋白酶体的高分辨率三维结构，揭示了突变诱导的分子病理机制。

研究人员主要采用以下关键技术：①酵母遗传操作构建系列突变株(包括致死突变抢救策略)；②蛋白酶体颗粒多步色谱纯化技术；③荧光底物酶活分析系统；④X射线晶体学(分辨率达2.6-2.9 ?)解析15种突变蛋白酶体结构；⑤分子对接与结构比较分析。所有实验均使用酵母内源性表达纯化的蛋白酶体颗粒。

The mutation yβ5-T3M impairs proteasome activity by restricting the conformational flexibility of Met45

通过生长实验发现β5-T3M突变导致酵母生长迟滞，酶活检测显示其糜蛋白酶样(ChT-L)活性显著降低(对Z-GGL-AMC底物活性下降56%)。2.8 ?分辨率晶体结构揭示突变引起Met45构象改变，使S1底物特异性口袋扩大8 ?3，类似免疫蛋白酶体β5i的开放状态。抑制剂复合物结构表明该突变通过空间位阻效应限制小分子抑制剂(如硼替佐米)的结合效率，但对大体积P1基团抑制剂影响较小。

The mutation G128V in subunit yβ2 interferes with proteasome assembly

β2-G128V突变在酵母中呈现致死表型，过表达实验显示突变亚基无法有效掺入蛋白酶体。研究表明该突变干扰β亚基与α环的初始组装步骤，与人类细胞中β2i-G167D突变表型一致。

The mutation G128V induces local unfolding of subunit yβ1 and prevents its maturation

β1-G128V突变虽无生长缺陷，但2.9 ?结构显示其前肽未切除，127-140区域(含螺旋H3)完全无序，催化三联体排列错误。成熟形式突变蛋白酶体的 caspase样(C-L)活性降低57.5%，结构分析发现Asp166-Ser129-Ser169-Thr1氢键网络破坏，且在β-β'环界面形成直径约12 ?的孔洞。

The mutation yβ5-G128V blocks proteasome assembly

β5-G128V突变同样致死，通过前肽突变F(-46)S抢救后获得可存活的酵母株。2.6 ?结构显示突变引起螺旋H3解折叠，Thr1翻转180°导致自催化失败。更重要的是，突变引发的构象变化传播至相邻β4'亚基，破坏半蛋白酶体二聚化界面。

研究结论强调，T3M和G128V突变通过截然不同的分子机制损害蛋白酶体功能：T3M主要影响底物结合通道的构象可塑性，而G128V则破坏保守的Gly128残基所在区域的折叠稳定性，进而影响亚基间相互作用和颗粒组装。特别值得注意的是，相同突变在不同β亚基中产生显著差异的表型(β2致死、β5条件存活、β1无表型)，这反映了各亚基在蛋白酶体组装时序和空间位置中的特异性作用。

该研究的核心意义在于首次提供了PRAAS相关突变蛋白酶体的原子分辨率结构信息，证实了突变诱导的局部解折叠、前肽加工障碍和亚基界面破坏等分子病理现象。这些发现不仅解释了临床患者中观察到的蛋白酶体功能缺陷和干扰素通路异常激活的机制，也为开发针对特定突变类型的治疗策略提供了结构基础。例如，针对T3M突变导致的S1口袋扩大特性，可设计具有扩展P1基团的特异性抑制剂；而对于G128V等组装缺陷型突变，则需考虑采用促进蛋白质正确折叠的分子伴侣疗法。这项研究通过将人类疾病相关突变引入酵母模型并成功解析其结构，为理解真核生物蛋白酶体的组装机制提供了普适性见解，尤其揭示了螺旋H3在前肽自切割和半蛋白酶体对接中的核心作用。