二甲双胍再获新突破！施一公弟子及其团队成功解析转运机制

2024 年 3 月 15 日，清华大学刘翔宇研究员、陈立功研究员、闫创业研究员（曾经师从施一公）等多个团队联合在 《Cell Discovery 》杂志发表题为“ Structural insights into human organic cation transporter 1 transport and inhibition”的研究论文。该研究获得了分辨率高达 2.98 Å 至 4.14 Å， hOCT1 与二甲双胍复合物在不同构象状态下的三维结构，捕捉到 hOCT1 跨膜转运二甲双胍的全过程。通过结构生物学和生物化学相结合的手段阐明 hOCT1 转运底物二甲双胍的机制，揭示了螺内酯及甾醇类小分子的抑制机理，为精准靶向二甲双胍转运蛋白 hOCT1 的药物设计提供了新的理论基础！

https://www.nature.com/articles/s41421-024-00664-1

研究背景

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人有机阳离子转运体 1（hOCT1），也被称为 SLC22A1，是肝脏摄取内源性和外源性有机阳离子不可或缺的一部分，影响并参与代谢过程、药代动力学和药效动力学。二甲双胍是一种重要的 hOCT1 底物。在降糖机制方面，二甲双胍主要通过 hOCT1(SLC22A1) 进入肝脏细胞，激活 AMPK 信号通路，抑制肝糖原的输出。

研究结果

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研究团队阐明了 hOCT1 与二甲双胍复合物的结构，其跨越三种构象：向外开放（hOCT1-M1）、向外封闭（hOCT1-M2）和向内封闭（hOCT1-M3），以及具有向内开放构象的未结合的 hOCT1。

在向外开放状态下，hOCT1二甲双胍结合位点暴露在细胞外。连接细胞外环境到结合位点的通道带负电荷，可能增强对带正电荷有机阳离子底物的选择性。二甲双胍位于中央腔内，与TM7上的Y361形成阳离子-π相互作用，Q362也可能有助于底物结合。从向外开放到闭合状态的转变以CTD螺旋的细胞外端的移动为特征，这些螺旋的细胞内部分表现出最小的位移。这导致通道变窄，螺旋TM9、TM10、TM11、TM12向腔内汇聚，然后TM7靠近中央腔移动约1.5 A。这些构象变化促进Y361的轻微内移，缩小了细胞外通道，并导致二甲双胍向NTD方向轻微移动。

在从向外封闭状态至向内封闭状态转变的过程中，CTD螺旋的胞外端和胞内端都发生了显著的重排。TM7经历了额外的向内运动，胞外端从环向螺旋结构过渡，并使二甲双胍更接近由NTD的F32、F244和W217组成的芳香残基束。突变这些芳香残基抑制了hOCT1对二甲双胍的转运，表明维持Y361和二甲双胍之间的阳离子-π相互作用的重要性。

从向内封闭状态到向内开放状态的最终转变标志着CTD螺旋的胞内端进一步运动，形成一个完全开放的通道，连接中央腔和细胞质。在这个过程中，这些螺旋的胞外端大部分保持静止。W354经历了侧链旋转，该位点的突变影响二甲双胍转运。

至此，研究团队总结出 hOCT1 底物转运过程中，由 YER 基序参与的构象变化机制，并解释了部分由 hOCT1 基因多态性所引起底物转运能力降低的可能机制。

另外，研究人员还进一步研究了螺内酯和相关类固醇激素对hOCT2和hOCT3的抑制作用，这些激素具有与hOCT1类似的结合口袋结构。一致地，所有三种化合物(螺内酯、孕酮和雌二醇)都抑制了hOCT2和hOCT3底物转运。其中，孕酮是最强的hOCT2抑制剂。

螺内酯抑制hOCT1的分子机制

研究结论

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本研究报道了hOCT1底物结合口袋在不同构象下的高分辨率结构，并详细阐述了hOCT1在底物转运过程中经历的多种构象变化，进一步确定了“YER”基序对hOCT1正常功能至关重要。本研究结果为精准设计 hOCT1 相关药物提供了新的理论依据！（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41421-024-00664-1

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。