紀兆林+石劉飛+李健+郝欣+王金生

摘要：在眾多的結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白中卷曲螺旋（coiled-coil，CC）是一個共同的、多用途的組裝結(jié)構(gòu)域，具有不同的功能，包括從大分子復(fù)合物的組裝到分子識別。本文綜述了CC結(jié)構(gòu)特點、影響CC穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)特異性的因素、含有CC的蛋白種類及其生物學(xué)功能、CC結(jié)構(gòu)預(yù)測和分析、CC的從頭設(shè)計與合成以及CC的應(yīng)用，并對未來研究發(fā)展方向進行了討論。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)；卷曲螺旋；α-螺旋；聚體；多肽

中圖分類號： S432.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0006-06

收稿日期：2013-07-23

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31101475）； 揚州大學(xué)高層次人才科研啟動基金（編號： 0274983014811）。

通信作者：紀兆林（1978—），男，江蘇句容人，博士，副教授，主要從事植物病害防控及分子植物病理學(xué)研究。E-mail：zhlji@163.com。卷曲螺旋（coiled-coil，CC）是存在于多種天然蛋白質(zhì)中的一類由2股或2股以上右手α-螺旋相互纏繞而形成的平行或反平行左手超螺旋結(jié)構(gòu)的總稱[1]。CC有典型和非典型2種形式，典型的CC是以串聯(lián)的7個氨基酸殘基的重復(fù)單元（heptad repeat）為基礎(chǔ)，形成兩性的右手α-螺旋分子，然后再組裝形成左手超螺旋束；而非典型的α-螺旋CC的重復(fù)單位的氨基酸殘基數(shù)不是7，也能形成左手或者有規(guī)則的超螺旋[2]。典型的CC是本文探討的范疇。CC這個簡單而有規(guī)律的結(jié)構(gòu)在許多不同類別的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系上扮演著不可或缺的重要角色[3-5]，涉及信號傳導(dǎo)、分子識別、細胞的穩(wěn)定和運轉(zhuǎn)以及離子通道[5-6]，使之成為研究蛋白質(zhì)折疊、互作、組裝、設(shè)計以及應(yīng)用等的理想模型。目前，人們對CC結(jié)構(gòu)的研究已逐漸從對含CC蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析發(fā)展到根據(jù)天然蛋白CC結(jié)構(gòu)來設(shè)計合成新的CC結(jié)構(gòu)模型，并通過對其動態(tài)折疊過程的研究來探討這種特殊蛋白質(zhì)折疊模式的作用及其在工業(yè)、生物、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1CC主要結(jié)構(gòu)特點

典型的CC結(jié)構(gòu)由2股或2股以上α-螺旋鏈相互纏繞而成，從而使原有單股α-螺旋中每圈3.6個氨基酸殘基變?yōu)槊咳?.5個氨基酸殘基，而且組成CC結(jié)構(gòu)的氨基酸每旋轉(zhuǎn)2圈形成1個循環(huán)，因此形成了由多個heptad repeat連接而成的重復(fù)序列[3]。Heptad中7個氨基酸殘基依次用 a-b-c-d-e-f-g表示（圖1），a/d位多為非極性疏水氨基酸殘基[3，5]，如亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等，特異性地位于CC結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)；e/g位多為極性帶電氨基酸，如賴氨酸、谷氨酸等，位于a/d位氨基酸殘基相互作用所形成的疏水核心的外側(cè)[7-8]，這4個位置上的氨基酸殘基對于整個CC結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及特異性的維持均具有重要作用。

2影響CC穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)特異性的因素

從熱動學(xué)的角度來看，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指蛋白質(zhì)分子在去折疊過程中標準自由能的變化情況，是靜電作用、側(cè)鏈堆積力、氫鍵、水化作用等共同作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)特異性是指蛋白質(zhì)分子的特異折疊方式，包括螺旋鏈的數(shù)量、螺旋鏈的走向及螺旋鏈的異聚特異性等3個方面。

2.1螺旋鏈間疏水核心內(nèi)的相互作用

由于螺旋鏈的相互纏繞，使得整個CC結(jié)構(gòu)形成2個性質(zhì)不同的區(qū)域：1個是CC內(nèi)部螺旋鏈交界面所處的相對疏水的核心區(qū)域，另1個是位于CC外側(cè)暴露于溶劑中的親水表面。構(gòu)成疏水核心結(jié)構(gòu)的是不同螺旋鏈中的a/d位氨基酸殘基（圖2），這些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團之間形成的疏水相互作用對促進CC的正確折疊和維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有重要作用[9]。天然蛋白質(zhì)中的CC的a/d位氨基酸殘基平均約有80%被疏水性氨基酸殘基所占據(jù)，將a/d位氨基酸殘基全部替換為疏水性氨基酸或用疏水性更強的非天然氨基酸代替，可得到比天然蛋白質(zhì)穩(wěn)定性更強的CC[10]。疏水核心內(nèi)的相互作用對CC的結(jié)構(gòu)特異性也有一定的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，在雙股CC中，纈氨酸、異亮氨酸等具有β側(cè)鏈的氨基酸殘基傾向于分布在a位，而亮氨酸則較多地出現(xiàn)于d位。若改變這些氨基酸的位置，則原來的2股CC將會被破壞而變?yōu)?股或4股CC[2]。值得注意的是在疏水核心區(qū)域中，a位置常會有極性氨基酸天冬酰胺的存在，它會形成分子間的氫鍵，對于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)也有很大的作用[9，11]。

2.2螺旋鏈間靜電相互作用

CC中e/g位多為帶電荷或極性氨基酸殘基所占據(jù)，這些氨基酸殘基的側(cè)鏈之間形成的靜電相互作用對CC穩(wěn)定性和特異性的維持都有重要影響[2]。天然蛋白質(zhì)e/g位相互作用的氨基酸多為谷氨酸和賴氨酸，它們對CC結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的維持可作出0.4～2.1 kJ/mol的貢獻[12]。蛋白質(zhì)中靜電相互作用對CC穩(wěn)定性的影響還因所處微環(huán)境的不同而有所不同，部分無水的微環(huán)境可促使鏈間鹽橋的形成，反過來鹽橋的形成又降低了疏水核心與極性溶劑環(huán)境的接觸，這2種作用共同維持CC結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[13]。將GCN4亮氨酸拉鏈中所有 e/g 位氨基酸分別用丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸取代，所得突變體可因螺旋鏈間靜電作用的改變而形成同二聚體、高度有序的同寡聚體及不穩(wěn)定同寡聚體等不同形式[14]。靜電相互作用對CC結(jié)構(gòu)特異性最顯著的影響表現(xiàn)在對異構(gòu)化特異性的影響，即傾向于促使多肽鏈形成異寡聚體而非同寡聚體[2，15]。

2.3其他因素

（1）鏈內(nèi)靜電相互作用。同一條螺旋鏈內(nèi)靜電相互作用主要通過改變單鏈的穩(wěn)定性來影響整個CC的穩(wěn)定性。將一段由5個heptad組成的CC結(jié)構(gòu)中的α-谷氨酸用γ-谷氨酸代替，則CC變?yōu)闊o規(guī)卷曲，原因是γ-谷氨酸含有2個額外亞甲基，使鏈內(nèi)靜電相互作用不能正常形成[16]。（2）螺旋鏈的長度。其對CC穩(wěn)定性也有一定的影響，一般由含有相同氨基酸類型的較長螺旋鏈形成的CC穩(wěn)定性比相對較短的CC穩(wěn)定性更強。（3）蛋白質(zhì)所處溶液環(huán)境的性質(zhì)。溶液中離子強度、pH值、溫度和SDS都會影響CC結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和特異性[17-19]。另外，heptad repeat中b、c位置的氨基酸殘基有時對反平行四聚體的穩(wěn)定也有貢獻[20]。

3含有CC的蛋白種類及其生物學(xué)功能

CC常見于蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)中，約占基因組所包含蛋白的3%，這表明CC具有廣泛的生物學(xué)活性且在復(fù)雜的細胞系統(tǒng)中行使著功能[4]。目前已發(fā)現(xiàn)天然CC的主要存在形式為由2～5條α-螺旋鏈相互纏繞而形成的平行或反平行的同或異寡聚體。在自然界中，CC是一個介導(dǎo)蛋白質(zhì)相互作用或形成蛋白質(zhì)骨架的通用結(jié)構(gòu)域。許多研究表明，盡管構(gòu)成CC的鏈都是α-螺旋，但它們之間相互作用的專一性非常高，在多種功能生理途徑中發(fā)揮重要作用。歸結(jié)起來，含有CC的蛋白質(zhì)種類及生物學(xué)功能可分為以下幾個方面：

3.1分子識別及DNA結(jié)合蛋白

多種跨膜蛋白的跨膜部分含有CC結(jié)構(gòu)，在基因組數(shù)據(jù)庫中，有20%～30%的產(chǎn)物被預(yù)測為跨膜蛋白[21]，跨膜蛋白折疊和自我組裝形成的CC聚體在細胞及分子的相互識別和生理功能的實現(xiàn)中起非常重要的作用，如實現(xiàn)跨膜信號的傳導(dǎo)等[22]。SNARE蛋白在細胞與細胞相互作用時可由來自2個特定細胞的4條多肽鏈形成1個CC異四聚體，從而實現(xiàn)細胞之間的特異性識別。在細胞的DNA轉(zhuǎn)錄過程中起分子識別作用的多種轉(zhuǎn)錄因子也含有CC結(jié)構(gòu)，其中含LZ的轉(zhuǎn)錄因子家族通過CC二聚體的形成實現(xiàn)對特定DNA分子的識別[23-24]。

3.2骨架蛋白和運動蛋白

真核細胞的3層細胞骨架成分之一的中間纖維有1段很長的CC二聚體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在細胞的機制整合、細胞分化和運動等過程中發(fā)揮著重要作用。與細胞骨架直接作用的運動蛋白有3種，即肌球蛋白、驅(qū)動蛋白和動力蛋白，這些蛋白主要負責(zé)真核細胞重要的運動變化，同時對細胞的繁殖和存活也是至關(guān)重要的，而這些功能都與蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的CC結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系[5]。

3.3糖類結(jié)合蛋白

具有糖類親合力的CC蛋白多為三聚體，不易變性，也都具有和糖類結(jié)合的糖類識別位點。病毒表面的糖蛋白通常負責(zé)與宿主細胞表面受體的辨識與結(jié)合以及后續(xù)的膜溶合，在病毒感染宿主細胞時具有重要性。病毒表面糖蛋白有許多糖化部位，具有1段信號肽以及1段跨膜序列，此外也都具有CC結(jié)構(gòu)[23-24]。

3.4T3SS泌出蛋白

盡管G-細菌Ⅲ型泌出系統(tǒng)（type Ⅲ secretion system，T3SS）裝置本身在植物或動物病原細菌中是保守的，但其泌出蛋白差異非常大。T3SS泌出蛋白中存在2條或多條α-螺旋形成的CC結(jié)構(gòu)域，而且比率要高于預(yù)測平均數(shù)。含有CC的T3SS蛋白結(jié)構(gòu)靈活，從局部結(jié)構(gòu)無序到形成類似球狀結(jié)構(gòu)體，CC形成和結(jié)構(gòu)無序化的傾向通常是各種功能所必須的，包括蛋白質(zhì)之間的互作，胞外組分的聚合[25]。腸道病原細菌T3SS分泌的許多CC蛋白質(zhì)中，已知的功能包括分泌識別與調(diào)控，胞外結(jié)構(gòu)的組裝，以及酶活性等。功能研究累積的證據(jù)表明，CC涉及蛋白亞單位的組裝，與多種細菌或寄主蛋白可變通地互作以及轉(zhuǎn)位這些蛋白[6，26]。值得注意的是，番茄細菌性斑點病菌（Pseudomonas syringae pv. tomato）T3SS分泌的15個效應(yīng)蛋白[27]，預(yù)測分析都不具有CC結(jié)構(gòu)特征[6]。水稻白葉枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）T3SS泌出的harpin蛋白Hpa1Xoo的N端α-螺旋區(qū)域中含有CC結(jié)構(gòu)域，CC域中3個heptad合成的N21多肽能形成二鏈-α-螺旋-CC（二聚體），能誘導(dǎo)煙草產(chǎn)生過敏性壞死反應(yīng)（hypersensitive response，HR）；而不能形成CC的突變體多肽則喪失了HR功能，N21與植物互作產(chǎn)生的HR是由CC介導(dǎo)的[28]。同時也發(fā)現(xiàn)黃單胞菌（Xanthomonas spp.）Hpa1同源蛋白的CC在激發(fā)煙草產(chǎn)生HR中具有普遍作用，能形成CC的Hpa1（如水稻白葉枯病菌、水稻細菌性條斑病菌、大豆斑疹病菌、棉花角斑病菌和柑橘潰瘍病菌）能誘導(dǎo)煙草產(chǎn)生強烈的HR，而不能形成CC的Hpa1（甘藍黑腐病菌和辣椒斑點病菌）則不能誘導(dǎo)煙草產(chǎn)生HR[28]。植物病原細菌P. syringae pv. pisi T3SS泌出的效應(yīng)蛋白AvrRps4能激活依賴抗病基因RPS4的免疫反應(yīng)，晶體結(jié)構(gòu)測定表明該蛋白能形成一反平行CC二聚體，激發(fā)煙草產(chǎn)生HR及抗病反應(yīng)，而不能形成CC的突變體僅導(dǎo)致微弱的防衛(wèi)反應(yīng)，且不能激發(fā)HR[29]。

3.5植物抗病（R）蛋白

植物R蛋白的N端一般都有CC結(jié)構(gòu)域，其在與病原無毒基因產(chǎn)物識別及引發(fā)的抗病性中具有重要作用。如水稻Pi5抗病基因介導(dǎo)了對水稻稻瘟病菌的抗性，研究發(fā)現(xiàn)只有在2個CC-NBS-LRR基因（Pi5-1和Pi5-2）都存在的情況下，才能賦予抗瘟性[30]。這其中可能涉及這2個基因產(chǎn)物間的CC互作。擬南芥抗病蛋白RPS5也屬于CC-NBS-LRR家族，其被P. syringae效應(yīng)蛋白AvrPphB介導(dǎo)的PBS1蛋白激酶剪切所激活，但在與PBS1剪切識別中不起直接作用[31]。馬鈴薯R蛋白（Rx）CC中保守域EDVID介導(dǎo)了分子內(nèi)的互作，并且依賴于Rx蛋白的另2個功能域NBS和LRR，CC的其他區(qū)域也介導(dǎo)了與Rx抗性蛋白功能必須的激活蛋白RanGTPase的互作，CC與LRR以識別-依賴的方式共同調(diào)控NBS域的信號活性[32]。大麥白粉多態(tài)性R蛋白（MLA）能特異性識別大麥白粉病菌效應(yīng)蛋白，并激活下游的信號傳導(dǎo)，引發(fā)抗病反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)MLA的CC結(jié)構(gòu)域形成的同二聚體是一最小的功能模塊，在下游免疫信號通路中具有重要作用[33]。最近研究發(fā)現(xiàn)，在焓而不是熵驅(qū)動下水稻稻瘟病抗病蛋白Pi36中的CC結(jié)構(gòu)與甲基茉莉酸進行結(jié)合，疏水作用在二者互作中具有重要作用，并介導(dǎo)了下游的信號途徑[34]。

3.6其他蛋白

銅綠假單胞菌（P. aeruginosa）能產(chǎn)生一種抗毒素蛋白Tsi2，其二聚體CC能特異性結(jié)合其外分泌的毒素效應(yīng)分子Tse2，來保護自身[35]。在擬南芥中發(fā)現(xiàn)一種新的特異性CC蛋白MPS1，在細胞減數(shù)分裂中具有重要作用，是減數(shù)分裂紡錘體組織化所需的蛋白[36]。最近科研人員從擬南芥中發(fā)現(xiàn)2種長的CC蛋白PICC和PICL，能被病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）flg22誘導(dǎo)表達，參與PAMP激發(fā)的免疫防衛(wèi)反應(yīng)（PAMP-triggered immunity，PTI）[37]。最近研究表明，Rho相關(guān)卷曲螺旋形成的蛋白激酶信號通路在調(diào)節(jié)多種細胞表型和動物疾病模型的凋亡方面起重要作用[38]。

4CC結(jié)構(gòu)的預(yù)測與分析

4.1CC結(jié)構(gòu)的預(yù)測

將已知CC結(jié)構(gòu)的氨基酸序列予以列表方式比較，可以得到個別氨基酸在不同位置出現(xiàn)的頻率，從而可以預(yù)測未知蛋白的CC結(jié)構(gòu)。隨著越來越多的基因組序列與蛋白質(zhì)序列的獲得，愈來愈多的CC結(jié)構(gòu)被解析，以及越來越精準的算法被提出和改進，CC結(jié)構(gòu)預(yù)測的準確度也愈加被接受。表1為目前常用以及近年提出的預(yù)測CC結(jié)構(gòu)及其寡聚體狀態(tài)的程序及網(wǎng)絡(luò)鏈接。將COILS和IUPRED算法結(jié)合起來可以提高CC預(yù)測的準確性，避免漏掉可能形成CC的固有無結(jié)構(gòu)序列[39]。在CC寡聚體預(yù)測方面有PrOCoil[40]、SCORER 20[41]、Multicoil2[42]、LOGICOIL[43]等程式算法，可以辨識平行二聚體、三聚體、四聚體和不含CC聚體，LOGICOIL還可以預(yù)測反平行的二聚體。另外，預(yù)測的結(jié)果還須配合生物化學(xué)、生物物理學(xué)的試驗進行驗證。表1預(yù)測CC結(jié)構(gòu)的程序及其網(wǎng)絡(luò)鏈接地址

程序網(wǎng)絡(luò)鏈接地址COILShttp：//www.ch.embnet.org/software/COILS_form.htmlSOCKEThttp：//www.lifesci.sussex.ac.uk/research/woolfson/html/coiledcoils/socket/server.htmlPaircoil2http：//paircoil2.csail.mit.eduMARCOILhttp：//www.wehi.edu.au/bioweb/Mauro/MarcoilMulticoilhttp：//multicoil.lcs.mit.edu/cgi-bin/multicoilMulticoil2http：//multicoil2.csail.mit.eduPrOCoilhttp：//www.bioinf.jku.at/software/procoil/SCORER 2.0http：//coiledcoils.chm.bris.ac.uk/ScorerLOGICOILhttp：//coiledcoils.chm.bris.ac.uk/LOGICOIL

4.2CC結(jié)構(gòu)的分析

螺旋是CC最主要的特征結(jié)構(gòu)，可通過圓二色（circular dichroism，CD）光譜得到快速半定量分析，一般而言α-螺旋的CD光譜在222 nm以及208 nm 2處波長有明顯的吸收信號；可通過改變pH值、變溫或加入變性試劑、界面活性劑進行蛋白質(zhì)折疊與反折疊熱力學(xué)分析。CC是2個或多個 α-螺旋體交互纏繞而形成的超級螺旋，有分子間作用力與無分子間作用力的CD譜會有所不同：前者在222 nm與208 nm強度的比值（θ222/θ208）約為1.03或更大些，后者的比值則約為0867 9。自我組裝的CC多由至少4個以上的heptad repeat組成，通常有著很強的交互作用力，變溫CD測量常發(fā)現(xiàn)CC的熱穩(wěn)定度在60°C以上。CC結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定度的其他測量儀器還有等溫滴定量熱儀、熱重分析儀或微差掃描熱卡計等。而熵、焓或自由能等熱力學(xué)的參數(shù)則?？赏ㄟ^變化一系列的溫度、pH值或蛋白變性試劑的測量得到[23]。CC形成的結(jié)構(gòu)有二聚體、三聚體、四聚體或六聚體等不同聚合型式（圖3），為了解聚合分子究竟是以何種特定型式出現(xiàn)，蛋白質(zhì)凝膠電泳（polyacrylamide gel electrophoresis）、HPLC/凝膠過濾層析（gel filtration chromatography）以及分析型超速離心（analytic ultracentrifugation，AUC）提供了3種供選擇的測量分析方法[44]。此外，利用多角度光散射也能夠測定聚合體分子的大小，可與HPLC結(jié)合作更精準的測量，但是這些物理量的測量都與聚合物的形狀有絕對的相關(guān)性，也是造成試驗誤差的主要原因。

5CC結(jié)構(gòu)的從頭設(shè)計與合成

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)理論為蛋白質(zhì)從頭設(shè)計提供了重要的理論基礎(chǔ)。目前CC從頭設(shè)計與合成已成為研究蛋白質(zhì)或多肽折疊、穩(wěn)定性、構(gòu)象變化及其生物學(xué)功能等的有效手段。CC廣泛存在于多種天然蛋白質(zhì)中，分子結(jié)構(gòu)具有的高度對稱性及簡單有序的heptad repeat等特點而被廣泛用作蛋白質(zhì)模式結(jié)構(gòu)來進行研究。隨著固相肽合成技術(shù)與細菌蛋白表達系統(tǒng)的建立以及DNA重組技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得CC結(jié)構(gòu)的從頭設(shè)計、合成得以實施[45]。CC多肽的設(shè)計主要是基于序列-結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，這些關(guān)聯(lián)信息來自于文獻和已知CC的X-射線晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的分析[44]?；贑C的結(jié)構(gòu)特點和蛋白質(zhì)折疊的基本策略，CC結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮2個主要問題：一是多肽鏈的寡聚狀態(tài)，如二聚體、三聚體或四聚體；二是螺旋鏈的走向，即平行或反平行[46]。

設(shè)計像LZ這樣的二聚體，d位置大多為亮氨酸，而a位置以亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、天冬氨酸、丙氨酸居多，在e與g位置則是賴氨酸與谷氨酸來提供電荷作用力以輔助穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。就三聚體、四聚體或六聚體的CC來說，其疏水核心的空間會比CC二聚體更寬闊，疏水性氨基酸側(cè)鏈在空間上的堆積排列方式可以在同一個平面或是上下交錯，這些側(cè)鏈結(jié)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)物是垂直或平行的相互作用，都會影響CC共聚結(jié)構(gòu)的差異性[8-9]。從圖3可知，當(dāng)螺旋體單位增加時，e/g位置與疏水部位核心作用力有關(guān)。六聚體的CC螺旋體分子間的作用力不僅局限在a/d位置的疏水核心，其他位置一定也貢獻了不可或缺的分子間作用力，要能形成這樣的結(jié)構(gòu)，就不難理解在e/g位置不帶電荷氨基酸出現(xiàn)的理由。最近科研人員根據(jù)多肽組分的結(jié)構(gòu)和功能信息構(gòu)建了在線數(shù)據(jù)庫Pcomp[44]（http：//coiledcoils.chm.bris.ac.uk/pcomp/），便于CC的從頭設(shè)計與合成。

6CC結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

隨著對CC結(jié)構(gòu)知識了解和研究的不斷深入，人們對其功能的開發(fā)和應(yīng)用也逐漸增多。目前多項基于CC研究的應(yīng)用已被確定并在基礎(chǔ)研究、工業(yè)、醫(yī)藥等方面得到實施。

6.1基礎(chǔ)研究方面

（1）用作標簽純化重組蛋白或篩選特異互作受體。先將能形成穩(wěn)定CC（同或異二聚體）中一條多肽鏈結(jié)合到新表達蛋白的C末端，再將另一條多肽鏈結(jié)合到親合介質(zhì)上，這樣根據(jù)CC的穩(wěn)定形成，實現(xiàn)目標蛋白的一次純化。也可以據(jù)此同時純化2種蛋白，以二聚體方式從層析柱中洗脫[47]。另外也可以根據(jù)CC特異性結(jié)合篩選出與目標蛋白或多肽能形成CC互作的受體分子。（2）用于分析檢測?；谛纬煞€(wěn)定互作CC二聚體，可以將多肽作為標簽，用于Western-blot檢測[48]和ELISA測試分析[49]。若在合成的CC肽鏈兩端適當(dāng)進行化學(xué)修飾，或在合成時就加入特殊非天然的氨基酸，可將這些CC分子固定在納米級粒子表面或固相平面上，也可作為分析檢測用。（3）利用金屬離子絡(luò)合，調(diào)控螺旋狀態(tài)。在合成時引入能夠與金屬原子產(chǎn)生絡(luò)合物的非天然側(cè)鏈的氨基酸殘基，取代原有疏水核心氨基酸，可以利用金屬離子直接調(diào)控CC構(gòu)型和狀態(tài)[23]。如設(shè)計合成在金屬離子Ni2+、Cu2+和Zn2+存在下能形成同二聚體的多肽，與相關(guān)DNA靶標結(jié)合后，可以調(diào)控靶標上的HindⅢ酶切反應(yīng)[50]。（4）膜融合。脂化的CC多肽嵌入脂質(zhì)體膜，能快速可控地誘導(dǎo)靶標膜融合[51]，且通過改變heptad repeat 數(shù)目增加CC的穩(wěn)定性能提高脂質(zhì)體膜融合速率[52]。因此CC多肽在諸如脂質(zhì)體融合中具有巨大的應(yīng)用潛能。

6.2工業(yè)方面

（1）作為生物傳感器。CC中一條多肽鏈共價結(jié)合到傳感器表面，第2條多肽鏈先被某一配體修飾，而要研究的對象恰好是此配體與其相應(yīng)受體之間的相互作用，此時傳感器表面再負載第2條鏈，從而整個CC結(jié)構(gòu)起到生物傳感器的作用[46]。設(shè)計合成的反平行CC EPK[53]具有穩(wěn)定、快速聚合及相對較緩慢的解聚等特點，使它成為生物傳感器應(yīng)用中的理想模型。利用該原理成功地捕獲到Ⅱ型轉(zhuǎn)化生長因子受體的細胞外結(jié)構(gòu)域[54]。（2）人造纖維絲材料。根據(jù)CC單體間交互作用力的特性，利用合成出來的CC多聚體組成一個新的人造蛋白質(zhì)，或是置換取代某個區(qū)域，已成功制造出絲狀纖維蛋白質(zhì)[23]。若再配合蜘蛛絲或蠶絲蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)段的適當(dāng)置換，必將能制造出不同強度和韌度等纖維特性的人造絲材料。

6.3醫(yī)藥衛(wèi)生方面

（1）在藥物治療中用作連接體。將設(shè)計合成好的能互相形成異二聚體的2條肽鏈分別與一個治療組分如放射性核素和定靶組分如抗體結(jié)合，其中定靶組分首先進入宿主并進行靶位點識別與定位，治療組分后進入，在體內(nèi)2條肽鏈的CC異二聚化可將藥物帶到目標附近，此法可以避免藥物對正常組織的毒性并提高治療的特異性和效率[55-56]。（2）作為多肽疫苗。最新研究表明，形成CC的2條合成多肽CoilA和CoilB處理老鼠后能增加其對致病菌腸出血性大腸桿菌（enterohemorrhagic E. coli，EHEC）O157：H7和檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）的免疫能力[57]。因此，開發(fā)相關(guān)的CC多肽疫苗，具有潛在的應(yīng)用前景。（3）研制抗病毒制劑。Ⅰ型人免疫缺陷病毒與靶細胞的識別、互作、融合通過其衣殼蛋白與靶細胞的膜蛋白之間形成六股CC而實現(xiàn)，設(shè)計合成了可與靶細胞特異性地形成六股超螺旋的多肽鏈，從而抑制了病毒對靶細胞的侵襲[58]。病毒表面糖蛋白與病毒進入宿主細胞時的膜溶合有關(guān)，開發(fā)病毒蛋白溶合抑制劑一直抗病毒的一種策略，因為病毒表面蛋白在膜溶合時其CC結(jié)構(gòu)有一重組的機制，這種機制是建立在CC的辨識基礎(chǔ)上[23]，因此設(shè)計與病毒表面膜溶合的CC，進而使病毒無法順利進入宿主細胞，以達到抑制病毒感染的目的。

7CC研究的展望

如何從自然界的分子中學(xué)習(xí)并了解CC的結(jié)構(gòu)，并進一步設(shè)計制造出具有CC的分子結(jié)構(gòu)以滿足特殊的需求，應(yīng)是未來的研究方向。根據(jù)已有的知識和目前面臨的問題，今后對CC結(jié)構(gòu)的理論研究應(yīng)主要集中在以下幾個方面：（1）進一步研究溶液環(huán)境對CC折疊及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及特異性的影響；（2）設(shè)計更穩(wěn)定的CC異二聚體和反平行的CC同二聚體[59]；（3）對CC結(jié)構(gòu)的折疊機理進行研究。

在CC應(yīng)用方面，最具挑戰(zhàn)和意義重大的是藥物釋放傳輸系統(tǒng)。藥物特別是具有細胞毒性的化療藥物，會導(dǎo)致許多嚴重的副作用，如果繞過健康細胞，直接定點傳輸?shù)桨袠瞬∽兗毎瑢⑵鸬教禺愋灾委熜Ч?。正由于CC的獨特性能，使它們非常適合在這些系統(tǒng)中使用。CC的的主要功能是形成聚體結(jié)構(gòu)，而且這種蛋白的N和C端可以很容易地結(jié)合到許多抗原表位，再與特定的細胞表面標志物結(jié)合，從而創(chuàng)造一個有針對性的藥物輸送系統(tǒng)。在給藥系統(tǒng)中，CC具有的巨大潛能都得到相關(guān)研究的證實[60]，也是今后藥物治療應(yīng)用的重要發(fā)展方向之一。另外，在植物病原菌與寄主植物互作方面，通過對相互識別與作用相關(guān)的CC蛋白的進一步研究，可為理解病原菌-寄主植物互作機制提供有益幫助，以及為篩選抗病激發(fā)子提供理論指導(dǎo)，具有重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。

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