α-突触核蛋白N端截短通过调控相分离凝聚体表面润湿性加速淀粉样纤维成熟机制研究

《Communications Chemistry》：Surface wetting is a key determinant of α-synuclein condensate maturation

本研究聚焦α-突触核蛋白（α-syn）相分离凝聚体成熟为淀粉样纤维的分子机制，特别是N端截短这一病理修饰的作用。研究人员通过显微成像技术发现，N端截短增强了凝聚体在玻璃表面的润湿性，增大了界面面积，从而加速了淀粉样聚集。这一发现揭示了相分离凝聚体界面动力学在神经退行性疾病中的关键作用，为干预α-syn病理性聚集提供了新靶点。

　　

在神经退行性疾病研究领域，α-突触核蛋白（α-syn）的异常聚集一直是科学家关注的焦点。这种 intrinsically disordered protein（内在无序蛋白）在神经元中调控神经递质释放，但其错误折叠会形成淀粉样纤维，成为帕金森病（PD）、路易体痴呆等疾病的病理标志。近年来研究发现，α-syn能够发生液-液相分离（LLPS），形成生物分子凝聚体（biomolecular condensates），这些液态凝聚体随时间推移会逐渐成熟为固态淀粉样纤维。然而，这一成熟过程的具体调控机制，特别是在病理相关的翻译后修饰（如N端截短）背景下，仍不清楚。

为了解开这一谜题，帝国理工学院的研究团队在《Communications Chemistry》上发表了一项创新性研究。他们发现，α-syn凝聚体与表面的相互作用——特别是表面润湿性（wettability）——是调控其成熟过程的关键因素。N端截短变异体形成的凝聚体表现出更强的表面铺展能力，这种增强的润湿性通过增大凝聚体表面体积比，加速了淀粉样纤维的形成。

研究采用的关键技术方法包括：微分干涉衬度（DIC）显微镜实时监测相分离过程，硫黄素T（ThT）荧光法追踪淀粉样聚集动力学，透射电子显微镜（TEM）表征纤维形态，以及通过改变培养皿表面性质（亲水玻璃、疏水聚合物和生物惰性表面）来调控润湿性。所有α-syn变异体（FL、5-140、11-140、19-140）均通过重组表达纯化获得。

N端截短变异体的设计

研究选取了三种病理相关的N端截短变异体：5-140（从PD脑组织分离）、11-140（人中脑细胞中发现）和19-140（人阑尾中发现）。这些变异体在电荷和疏水性方面与FL α-syn存在差异，但圆二色光谱证实它们均保持无规卷曲结构。

N端截短不影响相分离能力但加速淀粉样形成

所有变异体都能在聚赖氨酸（PLK）和聚乙二醇（PEG）存在下形成凝聚体。然而，时间进程分析显示，11-140和19-140 α-syn凝聚体在溶液中存留时间更长，且表面润湿性显著增强。ThT实验证实所有截短变异体的淀粉样聚集均快于FL α-syn，其中5-140 α-syn在溶液内即形成固体聚集体。

表面润湿性促进α-syn淀粉样形成

通过改变表面亲疏水性，研究直接验证了润湿性与聚集的因果关系。在亲水玻璃表面，α-syn凝聚体铺展更广，接触角更小，聚集加速；而在疏水特别是生物惰性表面，润湿性和聚集均被抑制。这表明增强的润湿性通过增大界面面积促进了成核。

N端调控α-syn纤维成核和延伸

分散溶液聚集实验显示，截短变异体的宏观聚集行为各异：5-140 α-syn成核加速但生长减慢，而11-140和19-140 α-syn则形成更短、更细的原纤维。机理研究表明，N端区域在脂质诱导成核、纤维延伸和二级成核中均发挥重要作用。

讨论与结论

本研究首次系统揭示了α-syn相分离凝聚体表面润湿性对其成熟的调控作用。N端截短通过改变电荷分布而非疏水性，增强了凝聚体与表面的相互作用，从而加速淀粉样聚集。值得注意的是，5-140 α-syn的独特行为（溶液内聚集加速）与其增强的界面催化成核能力有关。

这些发现不仅阐明了N端在α-syn相分离和聚集中的双重功能，还提出了表面润湿性作为调控凝聚体成熟的关键因素。在神经退行性疾病背景下，靶向N端或调节凝聚体界面动力学可能成为干预病理性聚集的新策略。研究建立的多模态分析方法为后续探索蛋白质相变与聚集的关联提供了可靠框架。