中国科学家首次揭示胆汁酸转运蛋白工作机制 为肝肠疾病治疗开辟新路径

问题——胆汁酸代谢关系脂肪消化吸收与肝脏健康,肝肠循环是其中关键环节。

进食后,胆汁酸进入肠道发挥乳化作用,提高脂肪分解与吸收效率;为避免“高成本”重复合成,人体约95%的胆汁酸会被回收并送回肝脏循环利用。

在这一回收链条中,有机溶质转运蛋白OSTα/β承担将胆汁酸从肠上皮细胞转运至门静脉血液、再返回肝脏的重要任务。

该蛋白功能异常与消化不良、胆汁淤积及肝损伤等问题相关,但其如何组装、如何驱动底物穿膜,长期缺乏清晰答案,成为制约疾病机理研究与药物靶点开发的瓶颈。

原因——膜转运蛋白常处于动态构象变化中,且需要在类膜环境中保持稳定结构,获取“看得见的证据”难度较高。

OSTα/β属于溶质载体蛋白家族成员,具有双向转运能力;然而,以往研究对其亚基组合方式、相互作用界面以及底物通道形态缺乏高分辨率结构支撑,导致转运机理多停留在推测层面。

此次研究团队依托冷冻电镜等结构生物学手段,获得OSTα/β复合体高分辨率三维结构,并结合转运实验与分子动力学模拟进行交叉验证,从结构到功能形成闭环论证,补上了“关键缺失的一环”。

影响——研究的核心进展集中在两方面。

其一,组装方式首次被明确:OSTα/β并非简单的二聚体,而是由两个OSTα和两个OSTβ构成的异源四聚体,各亚基之间通过紧密相互作用维持整体稳定性。

这一发现为解释蛋白稳定性、突变致病可能路径以及不同组织表达差异提供了新的结构依据。

其二,转运机理提出新范式:研究团队提出“滑梯式”转运模型。

与许多溶质载体蛋白依赖较大幅度构象变化、通过“交替访问”方式在膜两侧轮换开放不同,OSTα/β被认为利用一个半嵌入膜内的底物通道,使胆汁酸在浓度梯度驱动下沿通道完成双向转运,整体不必经历剧烈的构象翻转。

该机制将OSTα/β与已知胆汁酸转运蛋白区分开来,也提示膜转运蛋白家族可能存在更多尚未被识别的工作策略。

对策——结构与机制的厘清,为疾病干预和药物研发提供了更可操作的路线图。

一方面,结构信息有助于追溯功能异常的“结构根源”,推动从表型关联走向机制证据,为胆汁淤积、肝损伤等疾病的分型与精准干预提供新支点。

另一方面,围绕OSTα/β的药物设计可形成两条策略:其一,面向转运不足或功能低下情形,探索能够稳定“正确构象”、增强转运效率的激动剂思路;其二,面向特定类型胆汁淤积等临床需求,研发高选择性的抑制剂以调控胆汁酸回收与体内分布。

此外,鉴于OSTα/β参与固醇类物质转运并与药物沉积、药物相互作用风险存在潜在关联,这一机制框架也可为药物安全性评估提供新的提示路径。

前景——胆汁酸不仅是消化“助剂”,也是重要的代谢信号分子,牵涉脂代谢、应激反应及多种激素调节网络。

随着OSTα/β结构与转运模型的建立,未来研究可在三个方向深化:其一,结合更多底物与调控因子,解析不同生理或病理状态下的构象细节与转运效率变化;其二,在细胞与动物模型中验证“滑梯式”转运在复杂体内环境中的适用边界与调控机制;其三,将结构信息转化为可筛选、可优化的药物发现策略,推动从理论靶点走向候选化合物,服务肝肠相关疾病的治疗提醒与精准用药。

鉴于目前尚无直接作用于OSTα/β的成熟靶向药物,这一基础突破有望加速从“认识机制”到“临床转化”的衔接。

从微观蛋白结构到宏观疾病治疗,这项研究展现了基础科研对医学进步的源头支撑作用。

随着我国在结构生物学领域持续取得突破,越来越多的"生命黑箱"被逐步打开,为攻克疑难疾病提供了中国方案。

这既是对科学未知的探索,更是对健康中国战略的生动实践。