基于计算生物学优先筛选IL-37b致病性变异体及融合表达平台实现高产量可溶性制备的研究

本研究针对抗炎细胞因子IL-37b的临床转化瓶颈，通过多算法整合分析从3,000余种变异中鉴定出25个可能致病nsSNVs（如D64V/N、C122R等），其中16个会显著破坏蛋白结构与IL-18R互作；同时创新性构建含天冬氨酸富集lunasin肽的融合表达系统，使IL-37b在大肠杆菌中溶解度提升至80%（野生型<10%），产量达167 mg/L。该研究为炎症性疾病治疗靶点筛选和难表达蛋白制备提供了"变异体-解决方案"一体化研究范式。

　　

在免疫调控领域，人类白细胞介素37亚型1（IL-37b）被誉为"炎症刹车"，这种约30 kDa的细胞因子通过调控先天性和获得性免疫相关基因，在类风湿性关节炎、癌症等多种疾病中展现强大抗炎潜力。然而两个关键障碍阻碍其临床应用：一方面，染色体2q14.1位点上的IL37基因变异如何影响功能尚不明确；另一方面，该蛋白在原核系统中表达时极易形成包涵体，传统方法溶解度不足10%。

巴基斯坦拉合尔旁遮普大学生物化学与生物技术学院的研究团队在《Biochimie》发表的研究中，建立了从基因变异分析到蛋白制备的完整技术路线。研究首先通过ENSEMBL、gnomAD等数据库获取3,000余种变异，采用十种算法联合分析筛选致病性非同义变异；同时基于计算预测设计融合标签，构建新型原核表达系统。

关键技术包括：1）多数据库联合检索获取IL-37b变异谱；2）SIFT、PolyPhen-2等十种算法构建变异致病性预测模型；3）分子对接模拟评估变异体与IL-18受体互作变化；4）融合标签理性设计及大肠杆菌BL21(DE3)表达优化。

【IL-37基因：变异数据集】
通过四大生物数据库系统收集变异信息，筛选出238个编码区非同义变异，建立首个IL-37b变异谱系图谱。

【高置信度致病变异鉴定】
多算法共识分析锁定25个可能致病变异，其中16个（如β折叠区的L111Q、α螺旋区的E168G）会降低蛋白稳定性（ΔΔG>1.5 kcal/mol）并削弱与IL-18R结合能（>30%）。

【讨论】
研究发现IL-37b的N端β桶结构域对功能至关重要，该区域变异（如F154S）会破坏与受体结合界面。创新性采用带负电的lunasin肽（含8个天冬氨酸）作为融合伙伴，在25°C乳糖自诱导条件下，使目标蛋白溶解度提升8倍，经Ni²⁺亲和纯化获得高纯度产物。

该研究的重要意义在于：1）建立首个IL-37b致病变异优先筛选体系，为精准医疗提供靶点库；2）突破性解决该蛋白原核表达难题，产量达治疗级要求（167 mg/L）；3）提出的"计算预测-实验验证"范式可推广至其他难表达细胞因子研究。特别是发现的D64V等变异与类风湿性关节炎易感性相关，为后续分子诊断试剂开发奠定基础。融合平台技术已成功应用于IL-37b抑制COVID-19细胞因子风暴的动物实验研究。