AFM 揭示酸化对 LDL 与氧化 LDL 受体相互作用的差异影响：动脉粥样硬化发生的生物力学新解

《Cellular & Molecular Biology Letters》：AFM reveals differential effects of acidification on LDL– and oxidized LDL–receptor interactions: biomechanical implications in atherogenesis

为探究脂蛋白代谢及疾病相关问题，研究人员利用 AFM 研究酸化对 LDL/oxLDL 与受体相互作用的影响，为理解动脉粥样硬化提供新视角。

　　在人体血液循环中，血浆脂蛋白就像一群勤劳的 “快递员”，负责运输脂质。其中，低密度脂蛋白（LDL）和氧化低密度脂蛋白（oxLDL）与特定受体的识别和相互作用，在脂蛋白代谢以及动脉粥样硬化等疾病的发生发展过程中，扮演着极为关键的角色。然而，就像神秘的宝藏被隐藏在迷雾之中，目前人们对血浆脂蛋白与受体之间的相互作用力了解甚少。尤其是在细胞内的酸性微环境下，LDL/oxLDL 与受体的识别和相互作用会受到怎样的影响，这一问题一直困扰着科研人员。为了揭开这些谜团，来自南昌大学的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cellular & Molecular Biology Letters》杂志上。

研究人员主要运用了原子力显微镜（AFM）技术，该技术如同一个微观世界的 “放大镜”，能在纳米或皮牛顿尺度上对生物分子的相互作用进行成像和力谱分析。同时，研究还使用了免疫透射电子显微镜（immuno-TEM）辅助研究。

在研究中，研究人员首先对云母片进行修饰，使其表面固定 LDLR 或 CD36 受体，然后让 LDL 或 oxLDL 颗粒与之结合，利用 AFM 成像观察在不同 pH 值下它们的结合情况。通过 AFM 的力谱功能，检测不同 pH 值下 LDL/oxLDL 与受体之间的相互作用力。另外，研究人员还利用 immuno-TEM 进一步验证结合的特异性。

研究结果如下：

1. 受体识别的差异：通过 AFM 和 immuno-TEM 成像发现，溶液酸化会使 LDL-LDLR 的结合比率显著下降，在 pH≤6.4 时就有明显变化；而 oxLDL-CD36 的结合比率直到 pH≤4.4 才有显著变化。这表明 LDL-LDLR 的识别对溶液酸化较为敏感，而 oxLDL-CD36 的识别则相对耐受。
2. AFM 探针功能化新方法：开发了一种基于微滴的 AFM 探针功能化新方法。与传统的浸泡法相比，该方法能使 AFM 探针尖端仅被功能化分子修饰，避免多分子相互作用，从而更准确地测量脂蛋白 - 受体的相互作用。
3. 相互作用的差异：首次测定了生理条件下（pH 7.4）LDL-LDLR 和 oxLDL-CD36 的平均特异性相互作用力，分别为 230.7±64.4 pN 和 228.6±69.1 pN。并且发现溶液酸化会显著降低 LDL-LDLR 的特异性相互作用力，而 oxLDL-CD36 的特异性相互作用力以及非特异性相互作用力则不受影响。
4. 脂蛋白与细胞表面的相互作用：研究发现，酸化对 LDL 与细胞的相互作用影响较大，在 pH 6.4 时其相互作用力就明显降低；而 oxLDL 与细胞的相互作用在 pH 5.4 时才显著降低，说明 oxLDL 与细胞的相互作用对酸化更具耐受性。
5. 酸化影响的机制：通过额外实验发现，酸化对 LDL-LDLR 的相互作用影响是通过改变 LDL 和 LDLR 双方实现的。

研究结论和讨论部分指出，这些发现具有重要的生物力学、生理学和病理学意义。在细胞表面，特定组织（如晚期动脉粥样硬化斑块）的细胞外微环境酸化（pH~5.5）会降低 LDL 与 LDLR 的结合，使细胞摄取更多 oxLDL 颗粒而减少 LDL 颗粒的摄取。在细胞内吞过程中，内体酸化（pH 从 7.4 降至 4.4）会使 LDL-LDLR 的相互作用力在 pH≤6.5 时显著降低，导致 LDL 更容易从 LDLR 上释放并被降解；而 oxLDL 与受体的相互作用力在较强酸性条件（pH≤4.4）下才会明显改变，这使得 oxLDL 更容易在细胞内积累，引发脂质沉积、泡沫细胞转化，最终导致动脉粥样硬化。该研究为理解溶酶体中 LDL/oxLDL 的降解以及动脉粥样硬化的发生机制提供了重要信息，为未来相关疾病的研究和治疗开辟了新的方向。