中科院Nature子刊解析气体对蛋白的毒性

　　来自中科院上海应用物理所物理生物学实验室的研究人员发表了题为“Aggregated Gas Molecules: Toxic to Protein?”的文章，以氮气作为研究对象，深入分析了聚集气体分子对蛋白的作用，指出聚合气体分子对蛋白功能确实会造成损失。相关成果公布在Nature出版社旗下Scientific Reports杂志上。

　　文章的通讯作者是上海应用物理所方海平研究员和高嶷研究员，其中方海平研究员主要研究方向是生物单分子结构研究等，曾在Nature Nanotechnology，PNAS杂志上发表多篇论文。

　　在人体组织积累气体(氮气，氧气，氩，氪，二氧化碳，氙气等)的浓度增加，可能会导致严重的生物效应，如氮麻醉，还有硫化氢，这种气体小分子如大量吸入可抑制人体神经系统，甚至会导致死亡。针对这些气体的作用机制，虽然目前已经提出了一些解释，如由气体诱发的细胞膜上离子渗透性变化，或者气体神经递质受体结合等，但是其中关键的作用方式，科学家们还并不清楚。

　　早期的研究工作主要集中在溶于水中的离散气体分子对生物分子​​的影响，而最近的实验和理论研究表明，气体在水溶液中可以以纳米气泡的形式聚集在水-固界面上，这也提出了对于生物大分子的新作用。

　　在这篇文章中，研究人员以氮气作为研究对象，SH3结构域作为模型系统，深入分析了聚集气体分子对蛋白的作用，模拟了其中的分子动力学方式，结果发现，聚合氮分子能通过SH3结构域活性位置紧密结合，这会损伤蛋白的活性。相反离散的氮分子并没有表现出特别的SH3结构域相互作用。

　　这些研究结果表明，聚合气体分子和离散气体分子对蛋白的毒性作用不同，这扩展了我们对于气体分子在蛋白毒性方面的认识，也有助于针对这些毒性作用制定新的治疗策略。

　　当然气体分子也不是全部对于人体有害，之前的研究曾指出适量的内源性硫化氢可有效预防心脏病，并有抗炎作用，对预防老年性痴呆也有一定的作用。内源性硫化氢则是由人体内一种特殊的酶(CSE)催化后自身产生的一种有益气体。

　　近期复旦大学还公布了相关的一项新成果：的研究人员为了进一步探索心肌缺血等严重缺血性疾病的非手术治疗方法，创建了硫化氢促血管新生模型，通过筛选体内大量在硫化氢作用下发生变化的信号分子，终于找到了硫化氢的一个“受体”，即蛋白质VEGFR2。

　　进而发现，VEGFR2受体中有一个医学界至今未知的名叫“Cys1024-Cys1045二硫键”的新分子结构，而Cys1024- Cys1045二硫键正是一个控制VEGFR2受体的“保险开关”。也就是说，只有通过硫化氢才能打开这一开关，当该开关打开后，VEGFR2受体才能被激活，激活后的受体才能表现出天然的活性。由此研究人员还首次发现硫化氢也能激活胰岛素受体，即“逼迫”胰岛素产生增敏作用，从而可望提高糖尿病患者体内胰岛素的工作效率。