Lys49 sPLA2类蛋白二聚体构象可塑性驱动膜结合与肌毒活性的分子机制

《Protein Science》：The many dimeric faces of Lys49 PLA2-like proteins: Conformational plasticity and membrane binding drive functional dimer states

本综述系统阐释了Lys49分泌型磷脂酶A2类蛋白（sPLA2-like）通过构象可塑性调控其膜结合能力的分子机制。通过分子动力学模拟与荧光各向异性实验，研究揭示扩展型二聚体构象才是具有膜破坏功能的活性形态，其铰链式运动可协同介导两个C末端环同时插入脂双层。该发现为针对蛇毒肌毒性的下一代抑制剂设计提供了结构基础。

　　

构象异质性决定Lys49 sPLA₂类蛋白的膜结合能力

研究表明，蝰蛇毒液中Lys49分泌型磷脂酶A₂类蛋白（sPLA₂-like）虽缺乏催化活性，却能通过非催化机制引起肌肉细胞膜损伤。这类蛋白的活性形态为同源二聚体，其构象异质性直接影响膜结合效率与肌毒性表现。

扩展型二聚体构象的实验证据

通过色氨酸荧光各向异性检测与分子动力学模拟，发现Bothropstoxin-I（BthTx-I）在溶液中同时存在紧凑型和扩展型两种二聚体构象。野生型蛋白与W77H/L10W突变体的荧光各向异性在二聚体状态下显著降低，表明色氨酸残基间存在高效的F?rster共振能量转移（FRET）。分子动力学模拟计算显示，仅扩展型构象中色氨酸间距（5-8 ?）满足高效能量转移条件，而紧凑型构象中距离达40-60 ?，无法产生FRET效应。这一结果与实验观测高度一致，证实扩展型构象为溶液中的优势形态。

二聚体构象的动态特征

原子级分子动力学模拟表明，紧凑型二聚体构象刚性较强，整体偏差（RMSD）波动较小；而扩展型构象则表现出显著的构象柔性，其回转半径（R_g）呈多峰分布，提示存在至少三个主要亚稳态。这种铰链式运动使蛋白能够在不破坏二聚体界面的前提下，调整单体间相对取向，为膜结合提供结构基础。

膜结合过程的构象选择机制

粗粒度分子动力学模拟显示，仅当蛋白以扩展型构象（P1_ext）初始取向接触DPPC/DPPG混合膜时，二聚体结构才能稳定维持。若以其他构象或取向接触膜，二聚体会发生解离或需大幅重构才能实现膜锚定。扩展型构象通过其界面结合面（i-face）的阳离子残基与膜磷脂阴离子头基相互作用，促使两个单体的C末端环协同插入脂双层，最终引发膜透化。

构象可塑性的功能意义

研究首次明确扩展型二聚体构象是Lys49 sPLA₂类蛋白发挥肌毒功能的活性形态。其构象可塑性使蛋白能通过动态调整实现高效膜结合，而C末端环的协同插入是膜破坏的关键步骤。该发现不仅统一了既往关于“铰链模型”与“双角度模型”的争议，更为基于结构的抗蛇毒药物设计提供了新靶点。