SIRT1 N端结构域作为PPARγ锚定的共同结合界面：解析胰岛素抵抗治疗新靶点的结构机制

这篇研究揭示了Sirtuin 1（SIRT1）通过N端三螺旋束结构域（NTD(3HB)）与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的保守结合机制，结合分子动力学模拟与体外实验，首次提出SIRT1-K268PPARγ和SIRT1-K293PPARγ1-3四种结合模型，阐明PPARγ乙酰化位点（K268ac/K293ac）差异调控结合强度的结构基础，为靶向胰岛素抵抗的药物设计提供新思路。

　　

3.1 解析PPARγ与SIRT1的结合界面

研究团队通过荧光偏振（FP）实验定量测定PPARγ不同结构域与SIRT1的结合强度，发现配体罗格列酮可使PPARγ与SIRT1的解离常数（K_D）从1.90 μM降至0.69 μM，证实配体激活能增强二者互作。截断实验显示，PPARγ的配体结合域（LBD）是主要结合界面（K_D=0.24 μM），而SIRT1的催化域（CD）和N端三螺旋束（NTD(3HB)）共同构成结合界面——删除NTD(3HB)使结合强度降低6.8倍，删除CD则减弱27倍，揭示CD是主要结合驱动力，NTD(3HB)则起稳定作用。

3.2 SIRT1与PPARγ形成异源二聚体

分析超速离心（AUC-SV）实验捕捉到关键动态：SIRT1在溶液中存在单体（2.12S）和二聚体（3.24S）状态，而加入PPARγ后二聚体峰消失，出现73.6 kDa的新峰（理论异源二聚体分子量77 kDa），表明PPARγ诱导SIRT1解聚并形成1:1复合物。这一发现为SIRT1的"底物诱导激活"假说提供了结构证据。

3.3 乙酰化模拟突变体的差异化效应

通过赖氨酸-谷氨酰胺突变（K268Q/K293Q）模拟乙酰化状态，发现K293Q显著降低PPARγ熔解温度（T_m从45.11°C→43.60°C），而K268Q反而提高稳定性（T_m=46.26°C）。FP实验显示二者均保持纳摩尔级结合（K293Q K_D=0.21 μM vs K268Q 0.56 μM），但分子动力学模拟揭示K293ac更易引发α2′-α3环构象变化，这解释了临床观察中K293ac对胰岛素敏感性的更强调控作用。

3.4 结构模型的突破性发现

研究团队创新性地整合构象采样（ClustENMD）与限制性对接，构建出四种结合模型。关键发现包括：1）NTD(3HB)始终结合PPARγ的α2-α3区域（含V276/Q299/L265）；2）K268ac和K293ac均能精准定位在SIRT1催化中心，与NAD⁺的烟酰胺基团及His363形成反应界面；3）α1-β1环仅在K268ac模型中与CD特异性结合，而K293ac模型则新增α2′-α3环与NTD(3HB)的互作。

3.5 关键残基的实验验证

基于模型预测的界面残基，团队设计电荷反转突变体：疏水残基V276R使K_D升至0.81 μM，而极性残基Q299D突变导致结合完全丧失（K_D>110 μM）。静电势分析显示Q299位于正电位区，其突变为天冬氨酸引发的电荷反转严重破坏界面互补性，这为"NTD(3HB)作为通用锚定位点"的理论提供了直接证据。

4 讨论与展望

该研究首次阐明SIRT1通过"双域钳制"机制（CD负责催化、NTD(3HB)介导锚定）识别PPARγ，突破传统仅关注催化域的研究范式。特别值得注意的是，SIRT1-NTD(3HB)的结合界面与PPARγ的转录共调节因子（如RXR/NCoR）互不重叠，这种空间排布允许同步进行去乙酰化与转录调控。研究者建议未来可开发特异性靶向NTD(3HB)-PPARγ界面的小分子，这相比现有PPARγ激动剂（如罗格列酮）可能减少副作用。