視覺奧秘大解密！科學家揭開關鍵蛋白質的3D結構

研究人員成功解析了視覺系統中至關重要的RBP3蛋白質3D結構，這項突破性發現揭示了它如何運送視黃醇和脂肪酸，以及其功能異常可能導致哪些視網膜病變。這項研究為視覺迴圈機制提供了全新見解，並為相關眼疾的診斷與治療開闢了新途徑。

蛋白質在人體中扮演著不可或缺的角色，它們是細胞、組織和器官的重要結構與功能單元。從最基本的DNA複製，到複雜的視覺生理活動，蛋白質參與了各種生命過程。在視覺系統中，蛋白質更是負責感光、合成光感受器細胞中的光色素，以及傳遞細胞內訊號。一旦這些蛋白質因基因突變或功能異常而出現問題，就可能影響正常視力，甚至引發各種視力障礙。

人類眼睛這個精密的天然光學感測器，其運作仰賴無數分子的協同作用。視覺過程始於視網膜——位於眼球後方的一層薄膜組織，其中含有對光敏感的視桿細胞和視錐細胞。這些感光細胞能將光線轉化為電訊號，再透過視神經傳遞至大腦，讓我們得以形成視覺影像。

在這個過程中，11-順式視黃醛(11cRAL)是關鍵分子。這種光敏感化合物會與視蛋白結合，在吸收光子後引發一系列化學反應，包括11cRAL轉化為全反式視黃醛，從而啟動視覺過程。為了維持持續的視覺功能，11cRAL必須透過「視覺迴圈」不斷再生。

這時，視黃醇結合蛋白3(RBP3)就登場了。這種特殊的蛋白質位於細胞間質中，負責在感光細胞與視網膜色素上皮細胞之間運送視黃醇類物質，同時也能結合某些重要的脂肪酸。它像個勤快的快遞員，在細胞間來回運送關鍵分子，確保視色素能隨時準備好進行光觸發反應。

研究顯示，糖尿病視網膜病變的嚴重程度與RBP3水平下降有關，這會導致視力逐漸惡化。由於RBP3會與葡萄糖轉運蛋白1(GLUT1)和血管內皮生長因子(VEGF)等受體相互作用，參與眼部血管生長和細胞訊號傳遞，一旦功能受損，就會導致視網膜廢物堆積，甚至引發氧化損傷。除了糖尿病視網膜病變外，RBP3異常還可能導致色素性視網膜炎、全視網膜變性和近視等疾病。

雖然RBP3與這些疾病的關聯已為人所知，但其結合與運送視黃醇的具體機制仍不清楚。為瞭解開這個謎團，由波蘭科學院物理化學研究所的Humberto Fernandes博士領導的國際研究團隊，決定深入研究RBP3與不同視黃醇和脂肪酸結合時的結構變化。

研究團隊採用冷凍電子顯微鏡(cryoEM)技術，在低溫條件下收集資料，並透過多步驟精修獲得了豬源RBP3(pRBP3)的3.67Å解析度結構。此外，他們還運用小角度X射線散射(SAXS)技術，觀察蛋白質在不同載物分子存在下的構象變化。有趣的是，RBP3結構會根據所結合的分子呈現伸展或彎曲狀態，顯示其在運送物質時具有動態變化的特性。

Fernandes博士指出：「在所有測量引數中，豬源變體都完美模擬了特性更明確的牛源變體。RBP3能夠裝載不同視黃醇和脂肪酸，後者還能取代前者，這種依賴配體特性的構象變化，可能是它在細胞間質中精準運送物質的關鍵。」

這項研究不僅揭示了RBP3的3D結構，更發現了它在結合配體時的構象變化，為理解視覺迴圈中的功能機制邁出重要一步。研究人員發現，RBP3這個由四個視黃醇結合模組組成的大分子，雖然早已失去原始催化功能，卻演化成為能與多種分子互動的運輸專家。

這些發現不僅有助於開發更有效的早期診斷方法，讓RBP3成為視網膜病變的生物標記，更能為調節RBP3活性、治療視覺功能障礙提供新思路。隨著對RBP3結構與功能的深入瞭解，科學家將能更精準地掌握視網膜疾病的發病機制，為數百萬視力受損患者帶來希望。