上海藥物所等破解去甲腎上腺素轉運體二聚化和抗抑郁藥分子識別密碼

　　5月15日，中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組、楊德華課題組以及臨港實驗室蔣軼課題組合作，在《自然》（Nature）上在線發表了題為Dimerization and antidepressant recognition at noradrenaline transporter的研究論文。該研究破解了重要的神經系統疾病靶標——去甲腎上腺素轉運體（NET）同源二聚化、轉運天然底物去甲腎上腺素NE以及選擇性識別六種抗抑郁藥物的分子密碼，為探討NET等單胺類轉運體的生理調控機制奠定了理論基礎，對指導靶向單胺類轉運體（MATs）的抗抑郁癥等神經精神類疾病的藥物研發具有現實意義。該研究首次在近原子分辨率上發現了由膽固醇和脂質介導的膜蛋白同源二聚體形成機制，為細胞膜“脂筏模型”提供了依據。

　　NET屬于MATs家族，與同家族的血清素轉運體（SERT）、多巴胺轉運體共同調控神經突觸神經遞質的濃度，維持體內神經遞質的平衡。MATs是精神刺激劑和抗抑郁藥物的主要靶點。過去，MATs與抑郁癥病理學的關聯從藥理學、遺傳學、分子生物學和臨床研究等多個角度被證實，單胺假說曾主導近幾十年抗抑郁藥物的研發。血清素和去甲腎上腺素雙重再攝取抑制劑與選擇性血清素再攝取抑制劑作為一線藥物用于抑郁癥的臨床治療，選擇性去甲腎上腺素再攝取抑制劑和三重再攝取抑制劑已獲批用于抑郁癥的治療。此外，NET的功能異常與注意缺陷多動障礙等神經精神類疾病相關。

　　MATs的功能受膽固醇和脂質介導的寡聚化調控。早期研究表明，NET和SERT均與腦組織和轉染細胞系中富含膽固醇的區域相關。磷脂酰肌醇4,5-雙磷酸（PIP2）促進NET二聚化并調節底物的外流。膽固醇和PIP2參與SERT的功能調控，PIP2的直接結合介導了SERT寡聚體的形成。PIP2以寡聚體依賴的方式，在苯丙胺誘導的血清素外排中發揮調節作用。當前，有限的結構信息導致學界對NET與底物和抗抑郁藥物的精準結合模式、抗抑郁藥物對三種MAT亞型的選擇性識別機制以及膽固醇和脂質調節NET功能及其寡聚化過程的精確機制，缺乏深入理解。

　　該團隊利用單顆粒冷凍電鏡技術，獲得了人源NET同源二聚體分別與底物NE結合的阻塞構象、無底物結合的apo狀態以及六種抗抑郁藥物的外向開放構象的8個高分辨率結構，分辨率達到2.9-3.4埃。

　　研究顯示，NET呈現出由膽固醇和脂質分子介導的獨特二聚體構型，如科學插圖中蝴蝶蘭兩片花瓣的形態。膽固醇和脂質分子被包夾在NET單體之間，構成了NET同源二聚體的主要作用界面，如科學插圖中蝴蝶蘭花蕊示意的位置。這與其他膜蛋白通過蛋白-蛋白直接相互作用組裝為寡聚體的方式不同。進一步，生化細胞實驗證實，膽固醇和脂質介導的二聚化得益于NET的轉運功能。該研究提出了不同MAT選擇譜的六種抗抑郁藥物與NET的選擇性，如科學插圖中不同小分子紋飾的蝴蝶在蝴蝶蘭上的停留狀態。

　　上述成果回答了膽固醇和脂質調控NET等MAT寡聚化及其轉運功能以及NET底物識別和轉運調節等基礎生物學問題，破解了抗抑郁藥物選擇性靶向NET的分子密碼。這加深了科學家對NET的結構和功能的認知，為抗抑郁藥物治療奠定了結構基礎并提供了藥物設計參考。

　　研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部和上海市等的支持。該研究的冷凍電鏡數據在上海市高峰電鏡中心收集。

br/>