5月15日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)課題組、楊德華課題組以及臨港實(shí)驗(yàn)室蔣軼課題組合作，在《自然》（Nature）上在線發(fā)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(jīng)系統(tǒng)疾病靶標(biāo)——去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體（NET）同源二聚化、轉(zhuǎn)運(yùn)天然底物去甲腎上腺素NE以及選擇性識(shí)別六種抗抑郁藥物的分子密碼，為探討NET等單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體的生理調(diào)控機(jī)制奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)指導(dǎo)靶向單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體（MATs）的抗抑郁癥等神經(jīng)精神類疾病的藥物研發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。該研究首次在近原子分辨率上發(fā)現(xiàn)了由膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的膜蛋白同源二聚體形成機(jī)制，為細(xì)胞膜“脂筏模型”提供了依據(jù)。

NET屬于MATs家族，與同家族的血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體（SERT）、多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體共同調(diào)控神經(jīng)突觸神經(jīng)遞質(zhì)的濃度，維持體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的平衡。MATs是精神刺激劑和抗抑郁藥物的主要靶點(diǎn)。過去，MATs與抑郁癥病理學(xué)的關(guān)聯(lián)從藥理學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和臨床研究等多個(gè)角度被證實(shí)，單胺假說曾主導(dǎo)近幾十年抗抑郁藥物的研發(fā)。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(dòng)障礙等神經(jīng)精神類疾病相關(guān)。

MATs的功能受膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的寡聚化調(diào)控。早期研究表明，NET和SERT均與腦組織和轉(zhuǎn)染細(xì)胞系中富含膽固醇的區(qū)域相關(guān)。磷脂酰肌醇4,5-雙磷酸（PIP2）促進(jìn)NET二聚化并調(diào)節(jié)底物的外流。膽固醇和PIP2參與SERT的功能調(diào)控，PIP2的直接結(jié)合介導(dǎo)了SERT寡聚體的形成。PIP2以寡聚體依賴的方式，在苯丙胺誘導(dǎo)的血清素外排中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。當(dāng)前，有限的結(jié)構(gòu)信息導(dǎo)致學(xué)界對(duì)NET與底物和抗抑郁藥物的精準(zhǔn)結(jié)合模式、抗抑郁藥物對(duì)三種MAT亞型的選擇性識(shí)別機(jī)制以及膽固醇和脂質(zhì)調(diào)節(jié)NET功能及其寡聚化過程的精確機(jī)制，缺乏深入理解。

該團(tuán)隊(duì)利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，獲得了人源NET同源二聚體分別與底物NE結(jié)合的阻塞構(gòu)象、無底物結(jié)合的apo狀態(tài)以及六種抗抑郁藥物的外向開放構(gòu)象的8個(gè)高分辨率結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到2.9-3.4埃。?

研究顯示，NET呈現(xiàn)出由膽固醇和脂質(zhì)分子介導(dǎo)的獨(dú)特二聚體構(gòu)型，如科學(xué)插圖中蝴蝶蘭兩片花瓣的形態(tài)。膽固醇和脂質(zhì)分子被包夾在NET單體之間，構(gòu)成了NET同源二聚體的主要作用界面，如科學(xué)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(jìn)一步，生化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的二聚化得益于NET的轉(zhuǎn)運(yùn)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(xué)插圖中不同小分子紋飾的蝴蝶在蝴蝶蘭上的停留狀態(tài)。?

上述成果回答了膽固醇和脂質(zhì)調(diào)控NET等MAT寡聚化及其轉(zhuǎn)運(yùn)功能以及NET底物識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)生物學(xué)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(xué)家對(duì)NET的結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)知，為抗抑郁藥物治療奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)并提供了藥物設(shè)計(jì)參考。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和上海市等的支持。該研究的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在上海市高峰電鏡中心收集。

論文鏈接

人源NET二聚體分別與底物和六種抗抑郁藥物復(fù)合物的代表性結(jié)構(gòu)

蝴蝶蘭象征NET同源二聚體，白色花瓣暗指NET單體。中間的黃色唇瓣代替膽固醇和脂質(zhì)分子。落在花朵上的蝴蝶象征選擇性靶向藥物，蝴蝶翅膀裝飾抗抑郁藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

膽固醇和脂質(zhì)調(diào)控NET同源二聚化和轉(zhuǎn)運(yùn)活性