中性粒细胞弹性蛋白酶与细胞外 Toll 样受体 4 的关键结合机制及其在心血管疾病中的意义

研究人员为探究中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）与 Toll 样受体 4（TLR4）关系，经多种实验，证实二者结合，为心血管病研究提供新方向。

　　在人体的免疫防御体系中，中性粒细胞就像一群冲锋在前的 “卫士”，当身体遭受疾病侵袭时，它们会迅速奔赴 “战场”—— 病变组织，引发炎症反应，帮助清除病变细胞，启动免疫活动。在这个过程中，中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）发挥着重要作用，它不仅能抵御微生物入侵，还与多种疾病密切相关，尤其是心血管疾病，如心肌损伤、心脏肥大和心力衰竭等。而 Toll 样受体 4（TLR4）作为一种先天免疫受体，同样参与了多种疾病进程，包括心血管疾病。已有研究发现，NE 和 TLR4 在疾病过程中似乎存在某种 “交流”，但它们之间是否存在直接相互作用尚不明确。

为了深入探究这一问题，来自 Jamia Hamdard（印度新德里）的研究人员开展了一系列研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为心血管疾病的研究开辟了新的方向。

研究人员运用了多种先进的技术方法。首先，利用 AlphaFold2 这一基于人工智能的强大工具预测蛋白质结构，探究 NE 和 TLR4 的结合情况。同时，借助多个在线蛋白质 - 蛋白质对接服务器，如 RosettaDock、ZDOCK 和 HADDOCK 等，进一步分析二者的结合模式。此外，通过分子动力学（MD）模拟和 MMGBSA 计算，评估结合的稳定性。在动物实验方面，研究人员构建了异丙肾上腺素（ISO）诱导的大鼠心脏肥大模型，运用免疫组织化学、Western blot 和免疫共沉淀（Co - IP）等实验技术，检测 NE 和 TLR4 的表达及结合情况。

研究结果如下：

1. AlphaFold2 预测结果：AlphaFold2 预测大鼠 NE 能与大鼠 TLR4 的细胞外中央结构域结合，且预测可信度高。通过对预测复合物的结构评估，各项指标显示该复合物具有较高的合理性和稳定性。同时，AlphaFold2 未预测到大鼠 TLR4 与其他主要中性粒细胞衍生的丝氨酸蛋白酶（如 CathG、PR3）及髓过氧化物酶（MPO）有相互作用。
2. 与已知晶体结构对比：将 AlphaFold2 预测的人类 NE 和人类 TLR4 蛋白质结构复合物与已发表的蛋白质晶体结构进行对比，发现二者高度吻合，这进一步验证了 AlphaFold2 预测的准确性。
3. 进化保守性分析：Consurf 网络服务器分析表明，AlphaFold2 预测的大鼠 NE 和大鼠 TLR4 的相互作用位点在进化上具有可变保守性，这意味着该结合位点在进化过程中具有重要意义。
4. 其他对接程序验证：HADDOCK、ZDOCK 和 RosettaDock 等蛋白质对接服务器的预测结果均与 AlphaFold2 一致，证实了大鼠 NE 与大鼠 TLR4 细胞外中央结构域的强结合作用。
5. 动物实验验证：在 ISO 诱导的大鼠心脏肥大模型中，心脏功能出现明显下降，心脏组织发生炎症和肥大。同时，Western blot 数据显示肥大心脏组织中 NE 和 TLR4 蛋白表达增加，Co - IP 实验进一步证实了 NE 和 TLR4 之间存在物理相互作用。此外，使用 TLR4 信号抑制剂 TAK - 242 处理 ISO 诱导的大鼠后，发现心脏大小明显减小，表明 TLR4 在介导心脏肥大中起关键作用。

研究结论和讨论部分指出，本研究通过计算预测和动物实验，有力地证明了 NE 与 TLR4 之间存在结合相互作用。AlphaFold2 等先进计算工具为预测和证实这一结合提供了坚实的基础，其预测结果得到了其他多种方法的验证。该研究不仅揭示了 NE - TLR4 相互作用在心脏肥大发展和进展中的潜在作用，还强调了 AlphaFold2 在预测蛋白质 - 蛋白质相互作用和多聚体蛋白质结构方面的强大能力，为结构生物学领域的研究提供了重要参考。此外，研究发现 NE - TLR4 相互作用与心血管疾病密切相关，这为心血管疾病的治疗提供了新的潜在靶点，有望通过开发针对 NE 或 TLR4 的特异性抑制剂，实现更精准的治疗，改善患者的预后。然而，研究也指出，虽然计算工具在研究中发挥了重要作用，但它们在完全反映体内蛋白质相互作用的复杂性及其功能后果方面可能存在一定的局限性，未来还需要进一步深入研究，以全面了解 NE - TLR4 相互作用在心脏肥大及相关病理生理过程中的作用机制 。