圆二色光谱(Circular Dichroism, CD)主要用以研究生物活性分子的结构、生物大分子间、大分子与小分子间的相互作用，因其灵敏，简便快速，运行成本低，结果可靠，有着其它方法不可替代的作用。

近期，来自中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的孙兵教授课题组和中国科学院上海药物研究所的刘兴教授课题组的Shuangfeng Chen, Fan Deng, Bo Peng 等多位研究人员，于2026年8月的《Cell》期刊上发表文章，揭示了一种全新的、不依赖于蛋白酶的GSDMD切割活化机制。该文章对于圆二色光谱 的应用是CD在生物物理学与蛋白质结构生物学交叉领域应用的典型案例。 该文章探究了过敏的生理机制问题。在过敏性气道疾病中，环境过敏原（如屋尘螨、木瓜蛋白酶等）能够诱导肺上皮细胞分泌白细胞介素-33 (IL-33)，进而激活2型固有淋巴细胞 (ILC2)，引发强烈的过敏性气道炎症。已有研究表明，IL-33的释放依赖于Gasdermin D蛋白 (GSDMD，一种成孔蛋白) 在细胞膜上形成的孔隙，但在此之前，关于过敏原如何诱导GSDMD切割并活化为成熟的N端片段 (p40) 的具体机制尚不清楚，通常认为GSDMD依赖蛋白酶（如Caspase）切割激活。该项工作揭示了一种全新的、不依赖于蛋白酶的GSDMD切割活化机制，即由铁催化的局部自由基反应。当环境过敏原（如木瓜蛋白酶、屋尘螨等）入侵时，它们会直接、特异性地切割肺上皮细胞表面的蛋白酶激活受体 1（PAR1，由 F2r 基因编码）的 R46 位点。这种切割成功将 PAR1 激活，从而作为整个过敏级联反应的“总开关”。被激活的 PAR1 信号向下游传递，触发细胞内发生铁蛋白自噬（这是一种依赖于货物受体 NCOA4 的选择性自噬过程）。铁蛋白自噬的发生导致细胞内的铁蛋白发生降解，从而释放出大量储藏的铁，使细胞内的活性铁池（Labile Iron Pool, LIP）急剧升高。细胞内游离铁急剧增加后，铁伴侣蛋白 PCBP2 会特异性结合并发挥“搬运工”的作用。PCBP2 能够将二价铁离子（Fe²⁺）精准地递送并锚定至 GSDMD 蛋白的特定结合位点（如 E309/Q312 附近）。局部高浓度的铁在 GSDMD 结合位点附近催化局部的 Fenton 反应。该反应产生高局限性的羟基自由基（·OH），其带来的氧化损伤在特定的肽键处直接非酶促地切割了 GSDMD 蛋白。这一剪切释放出了具有成孔活性的 GSDMD N 端 p40 片段，最终在细胞膜上形成孔道，驱动报警素 IL-33的迅速释放并引发 2 型过敏性气道炎症。

这一发现打破了对GSDMD活化路径的传统认知，并明确了铁元素在过敏性炎症起始阶段的关键调控作用。该研究不仅深化了对过敏性气道疾病发病机理的理解，也为未来开发过敏性疾病的治疗药物提供了全新的、靶向细胞内铁代谢的干预策略。

在该研究中，为了表征铁伴侣蛋白 PCBP2在细胞内游离铁水平迅速提升时的变化，研究人员使用某企业圆二色光谱仪，对纯化的重组 PCBP2 蛋白在铁离子结合前后二级结构和三级结构变化进行表征。

远紫外圆二色光谱（Far-UV CD）用于测定PCBP2蛋白的二级结构组成（190–260 nm，光程 1 mm，蛋白浓度0.1 mg/mL），如α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等各类型的比例，对比铁离子结合前后的结构变化。 数据来自于：
Chen, S., Deng, F., Peng, B., Liu, L., Wang, J., Jin, F., Xu, J., Lin, D., Chen, W., Zhang, D., Yi, C., Zhang, J., Zhong, S., Zhu, L., Huang, Y., Yang, J., Wang, R., Sun, X., Zhang, Y., … Sun, B. (2026). Iron drives protease-independent cleavage of gasdermin D in allergic airway diseases. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.06.004
 

二级结构类型	Apo PCBP2（无铁）	Holo PCBP2（结合铁）
Helix（螺旋）	33.1%	32.7%
Beta-Turn（β-转角）	29.7%	27.5%
Parallel（平行β-折叠）	11.7%	10.0%
Antiparallel（反平行β-折叠）	21.6%	21.8%
Random Coil（无规卷曲）	5.6%	5.5%

结合分子动力学模拟结果，研究者发现Holo PCBP2 的 α-螺旋、3-10 螺旋、β-折叠等二级结构类型较 Apo 形式有所变化。

近紫外圆二色光谱（Near-UV CD）：用于检测PCBP2蛋白的三级结构变化(250–360 nm，光程 10 mm，蛋白浓度 1 mg/mL)，反映芳香族氨基酸（如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）微环境的改变，从而判断铁离子结合是否引起蛋白整体构象的调整。近紫外 CD 光谱显示，铁离子结合前后 PCBP2 的芳香族氨基酸光学活性信号出现差异，表明蛋白的三级结构发生了构象变化。

通过这两种光谱测量，结合分子动力学模拟，研究发现铁离子结合后PCBP2的KH3结构域发生了构象重排（如α-螺旋比例增加），这增强了其与GSDMD的相互作用，进而促进铁向GSDMD的转运和后续的GSDMD切割活化。

圆二色光谱广泛应用在在生物物理学与蛋白质结构生物学。在蛋白质-金属离子相互作用研究方面，CD光谱是金属蛋白组学中研究金属离子调控蛋白质功能的标准表征工具，用于高通量筛选金属结合缺陷突变体，并快速评估铁螯合剂等候选药物对靶蛋白构象的影响；在结构免疫学方面，圆二色光谱可系统研究gasdermin家族蛋白在不同活化条件（如ROS、金属离子）下的构象变化，阐明过敏性疾病中GSDMD非经典活化的结构基础，为治疗提供靶点；在技术方法学方面，将向高通量自动化、多模态联用（CD-荧光-SPR-质谱）、时间分辨CD和机器学习辅助分析方向发展，开启"CD光谱实验验证→分子动力学模拟→生物学功能阐释"的研究范式，尤其在揭示金属离子作为信号分子驱动免疫和炎症疾病的分子机制方面具有广阔应用前景。
 
文献数据引用：
Chen, S., Deng, F., Peng, B., Liu, L., Wang, J., Jin, F., Xu, J., Lin, D., Chen, W., Zhang, D., Yi, C., Zhang, J., Zhong, S., Zhu, L., Huang, Y., Yang, J., Wang, R., Sun, X., Zhang, Y., … Sun, B. (2026). Iron drives protease-independent cleavage of gasdermin D in allergic airway diseases. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.06.004




备注. 文章中“圆二色光谱” 数据出自英国应用光物理公司（Applied Photophysics）, 型号出自Chirascan 系列圆二色光谱仪。