ADAM17基因错义变异的生物信息学分析：结构稳定性与SARS-CoV-2感染易感性的关联研究

本研究通过生物信息学方法筛选ADAM17基因的致病性错义变异，结合SIFT、PolyPhen-2、PROVEAN等工具鉴定出7个高致病性nsSNPs（P556L、G550D等），并发现4个与SARS-CoV-2感染相关的关键位点（Q658H等），揭示了变异对蛋白稳定性及ACE2剪切功能的影响，为COVID-19的分子机制研究和靶向治疗提供新线索。

　　

ADAM17（一种去整合素金属蛋白酶）作为肿瘤坏死因子α转换酶（TACE），在炎症和免疫调节中扮演关键角色。近期研究发现，其遗传变异可能影响SARS-CoV-2感染的易感性，但具体机制尚不明确。随着COVID-19疫情持续，解析ADAM17变异与病毒感染的关联成为迫切需求。此外，ADAM17通过剪切ACE2（血管紧张素转换酶2）调控病毒入侵，但哪些变异会破坏这一过程仍缺乏系统研究。

为回答这些问题，Abdelilah Mechnine团队在《JMIR Bioinformatics and Biotechnology》发表研究，通过整合12,042个单核苷酸多态性（SNP）数据，结合多组生物信息学工具，系统评估了ADAM17变异的致病性。研究从Ensembl数据库提取错义变异，利用SIFT、PolyPhen-2等预测功能影响，通过I-Mutant、MUpro分析蛋白稳定性，并借助SWISS-MODEL和PyMol进行结构建模。

主要技术方法

研究采用Ensembl数据库的ADAM17基因SNP数据，筛选错义变异后，依次通过SIFT（功能耐受性预测）、PolyPhen-2（结构损伤评估）、PROVEAN（功能影响评分）等工具筛选致病位点；利用I-Mutant和MUpro预测稳定性变化；结合ConSurf分析进化保守性；通过SWISS-MODEL和Sparks-X构建3D模型，PROCHECK验证结构质量，PyMol可视化变异效应。

研究结果

高致病性nsSNPs的鉴定

通过SIFT、PolyPhen-2等工具交叉验证，发现7个错义变异（P556L、G550D、V483A、G479E、G349E、T339P、D232E）均被预测为有害，其中G550D的PROVEAN评分低至-6.068，PolyPhen-2评分达0.987（可能损伤）。I-Mutant显示所有变异均降低蛋白稳定性，而ConSurf证实这些位点高度保守（评分9），提示其功能重要性。

SARS-CoV-2相关变异的发现

在ACE2剪切关键区域（652-658位点），鉴定出4个变异（Q658H、D657G、D654N、F652L）。尽管PolyPhen-2预测为良性，但PANTHER和iStable显示D657G和D654N可能破坏蛋白稳定性（置信度>0.8），且保守性评分达8，暗示其对ACE2剪切功能的潜在干扰。

结构建模与验证

SWISS-MODEL以35.21%序列相似度模板构建ADAM17模型，PROCHECK显示突变体（如Q658H）的Ramachandran图允许区域比例下降（83.3%→80%），而异常区域增加（1.4%→2.3%），表明结构扰动。PyMol可视化进一步揭示突变导致局部构象变化，如G550D因电荷排斥可能破坏锌结合域。

讨论与意义

该研究首次系统鉴定ADAM17的高风险错义变异，揭示其对蛋白结构和功能的广泛影响。特别值得注意的是，位于蛋白酶活性域（如D232E）和ACE2剪切关键区（如D657G）的变异，可能通过破坏酶活性或底物结合加剧COVID-19病理进程。尽管需实验验证，但结果为开发靶向ADAM17的抑制剂或基因疗法提供了候选位点。此外，研究方法整合多组生物信息学工具，为类似蛋白变异的快速筛查树立了范式。

局限性在于未进行湿实验验证，且部分工具（如PolyPhen-2）对SARS-CoV-2相关变异的预测存在分歧。未来可通过分子动力学模拟或细胞模型进一步解析变异对ACE2剪切效率的影响。总之，这项研究为理解ADAM17在病毒感染和免疫疾病中的作用开辟了新视角，并为精准医学提供了潜在靶点。