ApoE错义突变分子动力学研究揭示III型高脂蛋白血症的致病机制

研究人员针对ApoE蛋白关键错义突变导致III型高脂蛋白血症（HLP III）的分子机制展开研究，通过分子动力学模拟和蛋白对接技术，发现R154C/S、R160C等7个突变通过破坏受体结合域（RBD）稳定性及LDLR1相互作用诱发疾病，为HLP III的精准诊疗提供结构生物学依据。

　　

在脂质代谢调控领域，载脂蛋白E（Apolipoprotein E, ApoE）作为胆固醇转运的关键蛋白，其基因突变与III型高脂蛋白血症（Hyperlipoproteinemia type III, HLP III）密切相关。这种疾病以脂质异常沉积为特征，但具体分子机制尚未完全阐明。尤其令人困惑的是，ApoE受体结合域（residues 154-168）的错义突变如何通过细微结构变化导致功能丧失，一直是领域内的研究难点。

为破解这一难题，印度旁遮普大学人类基因组研究与国家中心（Department cum National Centre of Human Genome Studies and Research, Panjab University）的Sumit Thakur团队在《Biochemistry and Biophysics Reports》发表最新研究。该工作聚焦7个临床相关错义突变（R154C/S、R160C、R163C/H、K164E/Q），通过整合生物信息学预测、分子动力学模拟（MD）和蛋白-蛋白对接技术，系统揭示了突变诱导的构象变化与致病机制。

研究采用多尺度计算方法：首先通过UniProt获取ApoE序列及突变信息，利用Clustal Omega进行跨物种保守性分析；采用PolyPhen-2等工具预测突变致病性；基于SWISS-MODEL构建突变体同源模型（模板PDB:1NFN）；通过AmberTools 2023进行50 ns分子动力学模拟（ff14SB力场，TIP3P水模型）；最后用ClusPro 2.0完成ApoE与LDLR（PDB:1N7D）的对接分析。

3.1 序列与结构特征

多序列比对显示突变位点在哺乳动物中高度保守，提示其功能重要性。同源建模验证所有突变体GMQE评分>0.46，Ramachandran favored区域>99%，模型质量可靠。

3.2 突变体动态不稳定性

MD模拟揭示：R160C突变导致最严重结构扰动，RMSD峰值达4 ?；R154C/S分别引起3.5 ?和3 ?偏移。SASA分析显示R163H/K164E溶剂可及表面积显著降低（Δ>2000 ?²），提示蛋白紧缩。

3.3 功能关键区域破坏

RMSF分析发现突变体在59-62和144-148环区柔性增加，这些区域邻近受体结合域。特别值得注意的是，R160C使59-62环区波动幅度达1.17±0.71 ?（野生型0.83±0.29 ?），直接干扰受体结合界面。

3.4 受体结合能力丧失

蛋白对接显示：野生型ApoE与LDLR形成11个氢键（结合能-989 kcal/mol），而突变体如R163C仅保留5个氢键（-980 kcal/mol）。关键突变位点R163直接参与结合界面，其突变导致与Glu237/Asp239的盐桥断裂。

这项研究首次系统阐明ApoE突变通过三重机制导致HLP III：（1）破坏四螺旋束（residues 136-150）的稳定性；（2）增加受体结合域柔性；（3）削弱与LDLR的静电相互作用。这些发现为开发针对特定突变的小分子稳定剂提供了结构基础，也为HLP III的基因诊断提供了分子标记。未来通过整合gnomAD人群数据与实验验证，将进一步提升该研究的临床转化价值。