浙江
胶原蛋白在骨骼、肌腱和角膜等组织中承担关键的结构支撑功能，玻璃体的透明性也依赖胶原纤维的精准组装。2026年7月31日，清华大学生命科学学院和清华-北大生命科学联合中心闫创业团队在《科学》杂志上发表了题为“The molecular architecture of mammalian vitreous body collagen fibrils”的研究论文，他们利用猪玻璃体来源的天然胶原纤维，通过优化冷冻电镜样品制备和长周期纤维的图像处理策略，获得了整体分辨率约3.2埃的三维重构。 本论文第一作者为 清华大学 生命科学学院 博士研究生娄鑫垚，丛野博士为 共同第一和共同通讯 作者 ， 博士研究生许雨茜为共同第一作者 ， 博士生刘雅昭和清华大学冷冻电镜平台李英工程师对本研究提供了重要帮助 。
研究结果显示，每67纳米重复单元中包含了8个II型胶原、4个V/XI型胶原、4个IX型胶原三股螺旋分子以及4个opticin糖蛋白分子，它们的化学计量比为8:4:4:4。V/XI型胶原位于纤维内核，单条分子全长约300纳米并跨越4.3个重复周期，团队把连续螺旋划分为五个片段，每个片段分别来自不同的V/XI分子，相邻片段之间沿纤维长轴错位约67纳米，共同编织成致密的核心。团队发现，四条对称位置上的亮氨酸残基在核心中心聚集成疏水簇，四个精氨酸残基结合一个氯离子形成正电荷口袋。并且，II型胶原以与V/XI反向平行的方式包裹在核心外侧，形成纤维的外壳层，IX型胶原则与V/XI保持同向平行，三者构成了从内到外的同心层状结构。
研究团队发现，大量糖基化修饰在纤维组装中扮演了关键的结构角色，在保守的-Gly-X-Hyl-序列中，羟赖氨酸残基上连接了半乳糖-葡萄糖二糖。这些糖修饰在同一重复单元内呈现出单侧、双侧或三侧的不对称分布模式，有时还形成连续的串联糖链，半乳糖的3'-羟基和葡萄糖的4'-羟基在相邻螺旋之间搭建了氢键网络。糖环的碳氢面同时与周围胶原链上的苯丙氨酸、亮氨酸和脯氨酸残基发生疏水接触，这些亲水和疏水相互作用共同增强了三股螺旋之间的界面稳定性，并且降低了纤维内部的蛋白堆积密度。
研究团队提出了玻璃体胶原纤维的分步组装模型，V/XI型胶原作为成核核心首先决定了纤维的几何尺寸和对称性。II型胶原以反向平行方式在核心外周逐层沉积，纤维直径从约10纳米逐步扩展至约16纳米，IX型胶原和opticin通过结合II型胶原锚定在纤维表面，opticin分子以精确匹配67纳米周期的方式分布在纤维表面。该模型中II型、V/XI和IX型胶原的质量比约为54.5%、27.8%和17.7%，与既往生化测定结果相吻合，16纳米的纤维直径远小于可见光波长，满足瑞利散射条件，显著降低了光散射。糖修饰对堆积密度的调控以及透明质酸等基质组分对水分子的束缚，共同保证了玻璃体作为光学介质的透明性和力学稳定性，这项研究为理解胶原相关疾病的分子病理学机制提供了精确的结构模板。
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