摘要：眼睛隐藏着许多秘密。IPC PAS 的科学家们正在揭示视网膜疾病期间眼睛中发生的复杂机制。图片来源：DIFFERENT- Restaurant in the Darkness。来源：IPC PAS，Grzegorz Krzyzewski

眼睛隐藏着许多秘密。IPC PAS 的科学家们正在揭示视网膜疾病期间眼睛中发生的复杂机制。图片来源：DIFFERENT- Restaurant in the Darkness。来源：IPC PAS，Grzegorz Krzyzewski

研究人员发现了视觉关键蛋白质 RBP3 的 3D 结构，揭示了它如何运输类视黄醇和脂肪酸，以及它的功能障碍如何导致视网膜疾病。

蛋白质在人体中发挥着至关重要的作用，是细胞、组织和器官必不可少的结构和功能成分。它们参与各种生物过程，从DNA复制等基本细胞功能到更复杂的生理活动，包括实现视觉的活动。

在视觉系统中，蛋白质对于感知光线、在感光细胞中合成感光色素以及在这些细胞内传递信号至关重要。任何干扰，无论是通过基因突变还是蛋白质功能障碍，都可能损害正常视力，并导致一系列视觉障碍。

最近，波兰科学院物理化学研究所的科学家与国际转化眼科研究中心（ICTER）合作，对 RBP3 蛋白的结构有了新的认识。他们的发现增进了我们对视觉周期及其与视网膜疾病之间关系的理解。

人眼，我们天然的光学传感器，是一个极其复杂的器官，使我们能够感知世界。它的功能依赖于众多分子的协调活动。视觉始于视网膜，视网膜是位于眼球后部的一层薄薄的组织，其中分布着被称为感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）的感光细胞。

这些光感受器感知光线并将其转化为电信号，然后通过视神经传输到大脑，使我们能够形成视觉图像。这一过程中的关键分子是11-顺式视黄醛 (11cRAL)，这是一种感光化合物，可以与视紫红质等视蛋白结合。这种相互作用触发光转化为电信号，从而启动视觉过程。

当光子被吸收时，一系列化学反应，包括11-顺式视黄醛（11cRAL）异构化为全反式视黄醛，引发视觉。为了维持视觉，11cRAL 必须通过一个称为视觉循环的过程不断再生。故事就从这里开始……

这时，另一个分子出现了。那就是视黄醇结合蛋白 3 (RBP3)，这是一种位于细胞间基质中的特殊蛋白质，负责维持视觉循环的正常功能。RBP3 负责在光感受器和视网膜色素上皮细胞之间运输类视黄醇，并且能够结合一些重要的脂肪酸。它负责在光感受器和视网膜色素上皮细胞之间来回运送关键分子，使视觉色素为光子触发下的多重反应做好准备。

糖尿病视网膜病变是一种与糖尿病相关的眼部疾病，其严重程度与 RBP3 水平降低有关，并导致视力逐渐丧失。

由于 RBP3 与葡萄糖转运蛋白 1 (GLUT1) 和血管内皮生长因子 (VEGF) 等受体相互作用，参与了眼部血管生长和细胞信号传导。RBP3 受损会导致视网膜“废物”（例如脂褐素）积聚，从而可能对RPE和感光细胞造成氧化损伤。除了糖尿病视网膜病变外，RBP3 水平紊乱还可能导致视网膜色素变性、全视网膜变性和近视。

尽管 RBP3 与这些疾病的关联已广为人知，但其与类视黄醇结合并运输类视黄醇的机制仍未得到充分阐明。这一谜团引起了由波兰科学院物理化学研究所——国际转化眼科研究中心（ICTER）的 Humberto Fernandes 博士领导的国际研究团队的兴趣，他们致力于解开这一谜团。他们专注于探究RBP3与不同类视黄醇和脂肪酸结合时的详细结构。

他们研究的主要目的是克服RBP3天然形式缺乏实验结构模型的问题。为此，作者纯化了猪RBP3（pRBP3），并使用低温电子显微镜（cryoEM）分析了其结构。低温电子显微镜在低温条件下收集数据，然后通过多个步骤和软件对数据进行精炼，最终获得该蛋白质的三维结构/模型。

此外，小角度X射线散射（SAXS）技术也用于提供构象随货物分子变化的数据。有趣的是，RBP3的结构可以拉长或弯曲，这表明在对接货物时其结构发生了动态变化。

“基于先前对RBP3特性的了解以及分离猪RBP3变体的简便方法，我们纯化了猪RBP3，并获得了一种与其他RBP3具有类似Förster共振能量转移行为的蛋白质。通过分析低温电子显微镜数据，我们确定了猪RBP3蛋白3.67埃分辨率的结构，并观察到了其与配体结合后的构象变化，”Humberto Fernandes博士说道。

实验结果能够确定 3D 结构并揭示与配体结合后的构象变化，从而进一步了解 RBP3 在视觉周期中的功能机制。

RBP3 作为一种由四个类视黄酸结合模块组成的大分子，早已失去了其原有的催化功能，而是进化成为一种货物转运蛋白，与多种分子相互作用并在眼中运送类视黄酸和脂肪酸。

研究结果表明，蛋白质在与不同分子结合的过程中，其形状会发生改变，这与蛋白质与货物中其他分子相互作用及信号传导的有效性息息相关。因此，构象变化可能在光信号转化为视觉信号的调控过程中发挥重要作用。

Fernandes 博士评论道：“在所有测量参数中，猪源变体与特征更完整的牛源变体相似。RBP3 负载不同类视黄醇和脂肪酸的能力、后者取代前者的能力以及依赖于配体特性的构象变化，可能是类视黄醇（以及潜在的DHA）向IPM胞间基质边缘的目标细胞类型加载和卸载的基础。因此，RBP3 复合物值得进一步研究。”

了解 RBP3 等蛋白质，包括影响其行为的基因突变，对于理解视网膜疾病的发生机制至关重要。揭示这种生物活性分子的详细结构，是研究其与不同蛋白质相互作用的里程碑。

这项研究成果为更有效、更快速的诊断方法带来了曙光，RBP3 分子有望作为早期视网膜疾病发展的生物标记物。此外，它还能帮助调节 RBP3 活性，从而开发治疗视觉过程紊乱的疗法。

此项研究由波兰科学基金会（由欧盟共同资助，项目编号为FENG.02.01-IP.05-T005/23）和波兰科学基金会国际研究议程项目（由欧盟共同资助，项目编号为MAB/2019/12）共同资助。此外，本研究还得到了美国国立卫生研究院（R01EY009339）的支持。作者还感谢加州大学欧文分校眼科系加文·赫伯特眼科研究所获得的非限制性“预防失明研究”奖、美国国立卫生研究院核心拨款 P30EY034070、MEYS CR（LM2023042）和欧洲区域发展基金项目“捷克综合结构生物学基础设施创新”（编号 CZ.02.01.01/00/23_015/0008175）和 iNEXT-Discovery（项目编号 871037）的支持。

该项目由欧盟委员会的 Horizon 2020 计划、PASIFIC 博士后奖学金计划（协议编号 PAN.BFB.S.BDN.315.022.2022；项目编号 DPE/2023/00007）资助，该项目获得了欧盟 Horizon 2020 年玛丽居里资助协议第 847639 号和科学与高等教育部下属的研究与创新计划，以及通过 Wellcome/MRC 资助的低温电子显微镜培训计划 (218785/Z/19/Z) 进行的低温电子显微镜培训。

参考文献:“猪视黄醇结合蛋白 3 的低温电子显微镜结构和小角度 X 射线散射分析”，作者: Vineeta Kaushik、Luca Gessa、Nelam Kumar、Matyáš Pinkas、Mariusz Czarnocki-Cieciura、Krzysztof Palczewski、Jiří Nováček 和 Humberto Fernandes，2025 年 1 月 1 日，《开放生物学》。DOI: 10.1098/rsob.240180

来源：康嘉年華一点号