鹿科朊病毒蛋白结构变异对自发错误折叠倾向的影响机制研究

本研究针对鹿科动物朊病毒蛋白(PrPC )多态性如何影响其自发错误折叠这一关键科学问题，通过表达45种重组PrP变体，结合圆二色谱、分子动力学模拟和蛋白质错误折叠震荡扩增技术(PMSA)，首次系统评估了结构变异对蛋白稳定性、灵活性及自发形成PrPSc 能力的影响。研究发现蛋白热稳定性与错误折叠倾向无显著相关性，并鉴定出多个关键氨基酸位点可显著抑制错误折叠，为理解慢性消耗性疾病(CWD)的分子机制和防控提供了新见解。

　　

在神经退行性疾病研究领域，朊病毒疾病因其独特的蛋白质错误折叠传播机制备受关注。慢性消耗性疾病(CWD)作为影响鹿科动物的传染性海绵状脑病(TSE)，已成为北美地区最严重的野生动物蛋白病，近年来更在欧洲北部出现新型毒株。这些现象引发关键科学问题：鹿科朊病毒蛋白(PrP^C
)丰富的天然多态性如何影响其错误折叠特性？为何某些变异能抵抗疾病传播？传统认为蛋白稳定性与错误折叠倾向呈负相关，这一假设是否普适？

为解答这些问题，西班牙CIC bioGUNE等机构的研究团队在《Neurobiology of Disease》发表了开创性研究。研究人员系统分析了45种鹿科PrP变体，涵盖59种已知自然变异中的代表性序列。通过大肠杆菌表达重组蛋白，采用圆二色谱测定热稳定性，分子动力学模拟分析结构灵活性，并创新性地应用蛋白质错误折叠震荡扩增技术(PMSA)定量评估自发形成蛋白酶抗性PrP(PrP^res
)的能力。研究还通过电镜和动物实验验证了体外生成朊病毒的感染性。

研究结果部分，"重组鹿科PrP变体的制备"显示成功表达了45种变体，其中两种因半胱氨酸突变导致表达量过低被排除。在"鹿科rec-PrP变体的热稳定性"部分，圆二色谱揭示所有变体熔点温度(T_m
)集中在67-70°C，仅个别变体如T98S A136V Q171R N173S T177N M208I Q226Q显示异常高值(72.4°C)。"分子动力学模拟"部分通过对26个变体的微秒级模拟发现，所有变体均保持稳定α螺旋结构，RMSD波动小于4?，证实多态性未显著改变PrP^C
的天然构象。

最具突破性的发现体现在"鹿科rec-PrP变体的自发错误折叠倾向"部分。PMSA实验显示67%变体具有高自发错误折叠倾向(评分>75)，包括最常见的Q226Q和Q226E变体。值得注意的是，β2-α2环区(如Q171R、N173S)和α3螺旋C端(如M208I)的突变显著抑制错误折叠。极端案例T98S A136V Q171R N173S T177N M208I Q226Q变体完全抵抗错误折叠。后续单突变分析锁定A136V、Q171R、N173S和M208I为关键抑制位点。

在"自发错误折叠的鹿科PrP是真正的感染性朊病毒"部分，研究者选择典型变体Deer-Dx-D进行验证。电镜显示其形成典型朊病毒纤维结构，接种表达银行田鼠PrP的转基因小鼠(TgVole 1×)后，在342±33天后诱发典型神经病理变化。第二代传代潜伏期缩短至91±3天，Western blot显示存在不同电泳模式的PrP^Sc
亚型，提示原始制备物中存在异质性朊病毒亚群。

讨论部分强调了三项重要发现：首先，推翻"蛋白稳定性与错误折叠负相关"的传统认知，证明热稳定性(T_m
)、结构灵活性和自发错误折叠倾向是三个独立参数；其次，鉴定出β2-α2环和α3螺旋C端为"错误折叠调控热点"，这些区域在人类和羊PrP中同样关键；最后，首次证明鹿科PrP可自发形成多种结构不同的感染性朊病毒，为理解CWD的起源和进化提供新视角。

该研究的创新价值在于建立了首个鹿科PrP变体错误折叠数据库(PrPdex)，为监测高风险变异提供工具。发现北欧驼鹿病例中常见的K109Q变体具有100%错误折叠评分，提示需警惕其引发新型CWD的潜力。技术层面，PMSA方法的标准化应用为研究自发朊病毒生成提供了可靠平台。这些发现不仅深化了对蛋白质错误折叠机制的理解，也为开发针对CWD的基因干预策略奠定了分子基础。