《Nature Communications》：Transport and inhibition mechanisms of human glycine transporter 2
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为解决甘氨酸能神经递质传递调控机制不明、靶点hGlyT2结构未知的问题，研究人员通过解析hGlyT2的apo态、底物结合态与抑制剂结合态结构，揭示了其离子耦合转运及变构抑制机理，为开发非阿片类镇痛药提供了新蓝图。
在神经系统调控痛觉传递的过程中，甘氨酸能（glycinergic）神经递质系统扮演着关键角色。其功能异常与慢性疼痛、神经性疼痛等多种疾病密切相关。甘氨酸转运蛋白2（glycine transporter 2, GlyT2）位于突触前神经元膜上，负责通过钠离子（Na?）和氯离子（Cl?）梯度提供的驱动力，将释放到突触间隙的甘氨酸重新摄取回神经元内，从而精确调控甘氨酸的浓度与信号持续时间。由于GlyT2的特异性高表达于抑制性神经末梢，它被视为极具潜力的非阿片类镇痛药物靶点。然而，长期以来，人类GlyT2（hGlyT2）的三维结构及其底物转运、药物抑制的分子机制一直未被阐明，这严重阻碍了基于结构的理性药物设计。
为破解这一难题，研究人员在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们综合利用了单颗粒冷冻电镜（cryo-electron microscopy）技术解析蛋白质高分辨率结构、基于脂质纳米盘（nanodisc）的膜蛋白重组与纯化技术以维持蛋白质天然构象，以及针对不同功能状态（包括apo状态、底物结合状态、抑制剂结合状态）的样品制备与结构解析策略。通过这些关键技术的组合，成功捕获了hGlyT2在转运循环中的关键构象。
hGlyT2的apo态呈现向内开放构象
通过解析无底物和离子结合的hGlyT2结构，研究人员发现其apo态稳定在一种向细胞质侧开放的构象，为理解转运起始状态提供了结构基础。
底物甘氨酸结合于闭塞态的中央口袋
在添加甘氨酸、钠离子和氯离子的条件下，解析的hGlyT2结构显示其处于一种“闭塞”构象，即胞外和胞内侧的门控均处于关闭状态。甘氨酸分子被发现结合在由跨膜螺旋围成的中央结合口袋中，与多个保守氨基酸残基发生特异性相互作用，明确了底物的精确结合位点。
抑制剂结合于变构位点并阻断构象变化
研究解析了hGlyT2与两种已知抑制剂ORG25543和opiranserin的复合物结构。出乎意料的是，这两种抑制剂并未结合在底物甘氨酸的口袋，而是结合在一个全新的变构位点。该位点垂直于胞外转运通道，埋藏在胞外第4环（extracellular loop 4, EL4）之下，并靠近跨膜螺旋1b（transmembrane helix 1b, TM1b）。结构分析表明，抑制剂像“楔子”一样插入该位点，直接阻碍了TM1b的内向运动，从而阻止了胞外门的关闭。这从分子层面解释了此类抑制剂通过变构机制实现高效、选择性抑制的机理。
结构与离子、底物结合释放相关的构象变化
通过比较不同状态的结构，研究进一步揭示了伴随离子（Na?/Cl?）和甘氨酸结合与释放过程的全局及局部构象变化网络。这些变化涉及多个跨膜螺旋的移动、旋转以及关键门控残基的构象调整，完整描绘了hGlyT2利用离子梯度驱动甘氨酸逆浓度转运的分子过程。
该研究系统性地揭示了hGlyT2的转运机制及其被变构抑制剂抑制的结构基础。通过解析三种关键功能状态下的高分辨率结构，研究首次直观展示了hGlyT2的构象谱、底物结合模式，并发现了一个全新的变构药物结合口袋。这一发现不仅深化了对溶质载体6（solute carrier 6, SLC6）家族转运蛋白工作机制的理解，更重要的是，为针对hGlyT2开发高选择性、高效力的新一代非阿片类镇痛药物提供了精准的分子蓝图和全新的药物设计思路，具有重要的基础研究与临床转化意义。
