北京
近日，南方科技大学医学院鄢仁鸿课题组联合澳大利亚国立大学Stefan Bröer课题组在Journal of Biological Chemistry上在线发表了题为Cryo-EM structure of ACE2-SIT1 in complex with Tiagabine的最新研究成果 。该研究利用冷冻电镜技术和生化实验，深入分析了替加宾在SIT1活性口袋中的结合模式，揭示了其抑制ACE2-SIT1复合物的氨基酸转运活性的机制，为设计和开发新型靶向SIT1的抑制剂提供了重要的结构基础。
SIT1是属于溶质载体6 （SLC6） 家族的一种氨基酸转运蛋白，主要负责脯氨酸底物的运输，广泛表达于包括大脑在内的多种上皮细胞中，其突变则会导致遗传性氨基酸尿症。此外，ACE2不仅是新冠病毒的受体，在血压调节中具有重要作用，还能与SIT1等氨基酸转运蛋白形成异二聚体复合体。尽管SIT1在人体生理和疾病中发挥着重要作用，但迄今为止尚未发现有效的SIT1抑制剂 。该研究通过非洲爪蟾卵母细胞转运实验系统筛选了多种潜在的SIT1抑制剂，首次发现替加宾是一种强效的非竞争性抑制剂，能够显著抑制SIT1的活性。替加宾是一种临床上用于癫痫治疗的药物，通过抑制GABA转运蛋白GAT1对GABA的重吸收而发挥 作用。
为了深入理解替加宾对SIT1的抑制机制，研究人员使用冷冻电镜技术解析了结合替加宾的ACE2-SIT1复合物的高分辨结构 （3.3Å） 。结果显示，替加宾通过与SIT1的关键氨基酸残基Tyr21和Phe250，形成稳定的疏水和氢键相互作用，从而牢固占据结合位点。此外，替加宾的3-甲基-2-噻吩基基团中的硫原子还能够与SIT1的Ser258形成非共价相互作用，这进一步增强了替加宾的结合稳定性。研究发现，替加宾的结合会使SIT1-ACE2复合体呈现朝向胞内开口的构象，阻止SIT1恢复到其原始的朝向胞外开口的状态，从而抑制其正常功能。这种“楔入”效应解释了替加宾作为非竞争性抑制剂的独特机制。此外，通过结构比较分析发现，尽管替加宾在SIT1和GABA转运蛋白GAT1中的结合位置类似，但其在两种转运蛋白中的抑制机制存在显著差异，这为未来设计特异性更强的抑制剂提供了宝贵的结构信息。
图1 SIT1-ACE2与替加宾结合的结构分析
除了结构研究外，研究团队还探讨了SIT1在人体肺泡细胞中的生理功能。通过分析人类肺泡细胞对氨基酸脯氨酸的摄取，研究发现SIT1与另一种转运体SNAT1/2共同作用于脯氨酸的转运。当使用特异性抑制剂N-甲基氨基异丁酸 （MeAIB） 抑制SNAT1/2时，脯氨酸的摄取量减少；而进一步加入SIT1的竞争性底物甲基哌啶 （Pipecolate） 后，脯氨酸的摄取量显著下降。这表明SIT1在II型肺泡细胞中起到了重要作用，这一发现不仅揭示了SIT1与ACE2在肺部的潜在生理功能，还为新型药物的研发提供了可能性，尤其是在与新冠病毒感染相关的疾病治疗方面。
澳大利亚国立大学Stefan Bröer教授和南方科技大学医学院生物化学系鄢仁鸿助理教授为该论文的通讯作者，澳大利亚国立大学的Angelika Bröer、Jędrzej Kukułowicz以及南方科技大学医学院博士研究生胡紫薇为本文的共同第一作者，研究生代露、张婷对该项研究也有重要贡献。该项研究受到南方科技大学科研公共服务平台冷冻电镜机组的大力支持，为本研究提供了重要的计算支持。
https://www.jbc.org/article/S0021-9258(24)02188-4/fulltext
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