新研究揭示一線降糖和多功能藥物“二甲雙胍”轉運蛋白OCT1的轉運和抑制分子機制

二甲雙胍是臨床治療糖尿病的一線用藥，它主要通過表達于肝臟的細胞的有機陽離子轉運蛋白OCT1進入肝臟細胞，激活AMPK信號通路，抑制肝糖原的輸出。近期研究表明二甲雙胍在心血管保護、抗腫瘤和抗衰老中也發揮顯著作用。二甲雙胍轉運蛋白OCT1在肝臟攝取帶有正電的內源性和外源性有機陽離子過程中起著核心作用，它不僅影響代謝過程，還對藥代動力學和藥效動力學有著重要影響。在2023年Seok-Yong Lee組，和Alastair G. Stewart組分別解析了引入熱穩定性突變的OCT1/2cs向外開口和人源有機陽離子轉運蛋白（hOCT1）向內開口的構象的冷凍電鏡結構信息。但是目前仍然缺乏hOCT1底物轉運過程中完整構象變化的結構信息，來揭示底物轉運與構象重排的分子機理。

2024年3月15日，清華大學藥學院劉翔宇課題組、陳立功課題組與生命科學學院閆創業課題組聯合在《細胞發現》（Cell Discovery）發表了題為“Structural insights into human organic cation transporter 1 transport and inhibition” (人源有機陽離子轉運蛋白hOCT1轉運與抑制的結構研究）的重要成果。該工作通過結構生物學和生物化學相結合的手段闡明hOCT1轉運底物二甲雙胍的機制，揭示了螺內酯及甾醇類小分子的抑制機制，為精準醫療的研究和靶向OCTs的藥物設計奠定了基礎。

在本研究中，作者報道了hOCT1結合底物二甲雙胍向外開口（Outward open）、向外關閉(Outward occluded)、向內關閉狀態(Inward occluded)，結合納米抗體Nb5660、底物不結合的三種不同的向內開口狀態（Inward facing partially open 1.partially open 2 and fully open），以及結合抑制劑螺內酯開口朝向胞外和胞內構象（Outward facing and inward facing）的冷凍電鏡結構，分辨率范圍從2.98 ?至4.14 ? 。

本研究通過冷凍電鏡技術，解析了hOCT1與二甲雙胍復合物在不同構象狀態下的三維結構，觀測到了hOCT1跨膜轉運二甲雙胍的全過程（圖2）。結合放射性底物攝取實驗，揭示了hOCT1介導有機陽離子跨膜轉運的動態過程，并為闡明其抑制機制提供了直接的分子水平證據。在多構象的結構比對中，該研究總結出SLC22底物轉運過程中，由YER motif參與的構象變化機制，并解釋了部分由hOCT1基因多態性所引起底物轉運能力降低的可能機制。此外，該研究通過解析臨床上用于治療水腫的螺內酯與hOCT1復合物的結構信息，結合底物轉運抑制實驗，揭示其底物轉運抑制機理，同時分析了甾醇類分子抑制OCTs的共同規律與差異。對于藥物-藥物相互作用、藥代動力學與藥效動力學的研究提供了重要的基礎數據。

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