JBC南方科技大学鄢仁鸿合作开发靶向ACE2-SIT1新抑制剂

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。