——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體（norepinephrine transporter，NET）是單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體家族的重要成員，負(fù)責(zé)再攝取大腦突觸間隙的去甲腎上腺素和多巴胺，與血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體及多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體共同維持突觸單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的穩(wěn)態(tài)。NET在調(diào)節(jié)情緒、注意力及應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是治療重度抑郁癥和注意缺陷多動(dòng)障礙等神經(jīng)精神疾病的重要藥物靶點(diǎn)。然而，NET如何被不同藥物精準(zhǔn)調(diào)控，尤其是其構(gòu)象選擇性與變構(gòu)調(diào)控機(jī)制，仍有待深入闡明。
繼在Nature（2024）上首次揭示NET同源二聚化機(jī)制及抗抑郁藥物識別機(jī)制后，2025年10月24日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)研究員、楊德華研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合臨港實(shí)驗(yàn)室蔣軼研究員、王震研究員團(tuán)隊(duì)，在Cell上在線發(fā)表了題為“Unveiling conformation-selectivity regulation of the norepinephrine transporter”的研究論文。該研究鑒定了NET內(nèi)向開放構(gòu)象特異性的變構(gòu)位點(diǎn)，提出了靶向該構(gòu)象的阻斷劑識別新機(jī)制——“瓣膜模型”。基于該模型，研究團(tuán)隊(duì)采用“干–濕”結(jié)合的研究策略，發(fā)現(xiàn)了具有體內(nèi)外抗抑郁活性的小分子，并通過結(jié)構(gòu)藥理學(xué)手段闡明了其結(jié)合模式。該成果為理解NET及其他單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體的配體調(diào)控機(jī)制奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為開發(fā)靶向單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體的抗抑郁等神經(jīng)精神疾病藥物提供了新思路。
研究團(tuán)隊(duì)解析了人源NET分別與抗抑郁藥物左米那普侖、維拉佐酮，以及NET與多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體雙重再攝取抑制劑伐諾司林結(jié)合的三個(gè)冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)2.44–2.52 ?（圖1A）。研究顯示，三種復(fù)合物中NET均呈現(xiàn)內(nèi)向開放構(gòu)象。左米那普侖結(jié)合于一個(gè)NET內(nèi)向開放構(gòu)象特異的新型變構(gòu)位點(diǎn)（圖1B）。該位點(diǎn)被命名為S3，以區(qū)別于中央正構(gòu)位點(diǎn)S1和位于靠近胞外區(qū)的外向開放構(gòu)象變構(gòu)位點(diǎn)S2。與之不同，維拉佐酮和伐諾司林則同時(shí)占據(jù)S1與S3位點(diǎn)（圖1C,D）。
通過對三個(gè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析，與已報(bào)道的齊拉西酮–NET復(fù)合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)比較（PDB：8WTY），并結(jié)合分子對接結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出了NET抑制劑識別的“瓣膜模型”：NET內(nèi)向開放空腔中的兩個(gè)關(guān)鍵苯丙氨酸殘基F72和F329如同“心臟瓣膜”，其側(cè)鏈相對排列，且側(cè)鏈構(gòu)象隨不同抑制劑的結(jié)合而發(fā)生改變。這兩個(gè)殘基將內(nèi)向開放空腔分隔為內(nèi)室與外室兩個(gè)非對稱區(qū)域。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)（如線性或非線性、體積與長度）的抑制劑被“瓣膜”引導(dǎo)結(jié)合至不同區(qū)域：左米那普侖、維拉佐酮和伐諾司林結(jié)合于外室，而齊拉西酮?jiǎng)t結(jié)合于內(nèi)室（圖2）。該模型揭示了NET如何特異性識別結(jié)構(gòu)多樣的抑制劑，為理性藥物設(shè)計(jì)提供了新的理論框架。
基于上述結(jié)構(gòu)模型，研究團(tuán)隊(duì)對包含超過52萬種小分子的化合物庫進(jìn)行了針對NET內(nèi)向開放構(gòu)象的虛擬篩選。經(jīng)過多輪篩選與生物學(xué)驗(yàn)證，最終獲得活性化合物F3288-0031（圖3A-C）。該化合物在體外表現(xiàn)出強(qiáng)效的NET抑制活性，并在小鼠強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)中顯示出明確的抗抑郁樣效果，且未影響自發(fā)活動(dòng)（圖3C-E）。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)的視角確證了F3288-0031結(jié)合于NET內(nèi)向開放構(gòu)象特異性的變構(gòu)位點(diǎn)，其結(jié)合特征符合“瓣膜模型”。進(jìn)一步的藥代動(dòng)力學(xué)與脫靶效應(yīng)研究表明，F(xiàn)3288-0031能夠有效入腦，主要通過抑制NET和血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體發(fā)揮治療作用，且與其他關(guān)鍵神經(jīng)靶點(diǎn)的交叉反應(yīng)性較低，顯示出良好的成藥性與安全性。
本研究系統(tǒng)揭示了NET在內(nèi)向開放狀態(tài)下與不同抑制劑的結(jié)合模式，提出了構(gòu)象選擇性變構(gòu)調(diào)控的全新“瓣膜模型”。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體家族配體識別與調(diào)控機(jī)制的理解，更證實(shí)了靶向NET內(nèi)向開放構(gòu)象開發(fā)高選擇性抑制劑的可行性。研究通過“結(jié)構(gòu)解析–計(jì)算篩選–功能驗(yàn)證–結(jié)構(gòu)驗(yàn)證”的多學(xué)科閉環(huán)研究策略，成功將靶標(biāo)機(jī)制的基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為具有明確藥理潛力的活性分子，為抗神經(jīng)精神疾病創(chuàng)新藥物的研發(fā)提供了新范例（圖4）。
臨港實(shí)驗(yàn)室蔣軼研究員、上海藥物所徐華強(qiáng)和楊德華研究員、臨港實(shí)驗(yàn)室王震研究員為該研究的共同通訊作者。上海藥物所張衡副研究員、臨港實(shí)驗(yàn)室與上海科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生章天煒、臨港實(shí)驗(yàn)室王鼎言青年研究員、上海藥物所代安濤助理研究員、臨港實(shí)驗(yàn)室與上海科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生毛建航為該論文的共同第一作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會和中國科協(xié)青托等基金項(xiàng)目的支持。
全文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.10.002
圖1. NET與左米那普侖、維拉佐酮和伐諾司林復(fù)合物的結(jié)構(gòu)
圖2. 抑制劑內(nèi)向開放構(gòu)象特異性識別NET的“瓣膜模型”
圖3. “干-濕”結(jié)合篩選NET內(nèi)向開放構(gòu)象靶向的抗抑郁活性分子
圖4. 基于結(jié)構(gòu)的NET構(gòu)象選擇性變構(gòu)抑制劑發(fā)現(xiàn)
