來(lái)自清華大學(xué)的研究人員發(fā)表了題為“Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1”的文章，報(bào)道了人類(lèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1的晶體結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果公布在Nature雜志上。

    文章的通訊作者是清華大學(xué)的顏寧（Nieng Yan），2007年作為普林斯頓大學(xué)博士的顏寧受聘于清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院，成為清華最年輕的教授、博士生導(dǎo)師。在回國(guó)的幾年間，顏寧教授研究組主要聚焦于膜蛋白、膽固醇代謝調(diào)控通路相關(guān)因子的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，在Science、Nature、Cell等雜志上發(fā)表多篇重要的論文，并榮獲了中國(guó)青年女科學(xué)家獎(jiǎng)、HHMI國(guó)際青年科學(xué)家獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

    從低等微生物到高等動(dòng)物如人類(lèi)，葡萄糖代謝對(duì)于細(xì)胞維持正常生理功能有著至關(guān)重要的作用。但是葡萄糖無(wú)法自由通過(guò)由膦脂雙分子層構(gòu)成的疏水細(xì)胞膜，細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝入需要借助于細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其中一類(lèi)屬于主要協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，簡(jiǎn)稱(chēng)MFS），是大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、紅細(xì)胞、各個(gè)器官中最重要的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporters,簡(jiǎn)稱(chēng)GLUT）。

    GLUT1是MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞家族成員。GLUT1由SLC2A1編碼，廣泛表達(dá)于多種組織細(xì)胞調(diào)節(jié)葡萄糖攝取。尤其是它對(duì)葡萄糖分子具有很高的親和力，因此在相對(duì)低濃度的狀態(tài)下也能轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖分子，是介導(dǎo)葡萄糖經(jīng)過(guò)血腦屏障的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞中的GLUT1對(duì)大腦和其他器官的葡萄糖**起至關(guān)重要的作用。

    失活性突變會(huì)導(dǎo)致GLUT1葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)活性受損，使得大腦缺乏能量**而引發(fā)相關(guān)人類(lèi)疾病。GLUT1缺陷綜合征（又稱(chēng)作為De Vivo綜合征）具有早發(fā)性癲癇、小頭畸形和發(fā)育遲緩等一系列的癥狀特征。由于無(wú)氧糖酵解是一種較低效率的能量獲取方式，癌細(xì)胞必須更加努力地獲取更多的食物，尤其是葡萄糖來(lái)維持生存。以往的研究在幾種癌細(xì)胞類(lèi)型中均觀察到GLUT1表達(dá)水平增高，確定了GLUT1是腫瘤發(fā)生的一個(gè)重要預(yù)后指標(biāo)。由于其重要的生理和病理作用，GLUT1成為了當(dāng)前功能和結(jié)構(gòu)測(cè)定研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

    在這篇文章中，研究人員報(bào)告了分辨率為3.2埃的人類(lèi)GLUT1晶體結(jié)構(gòu)。捕獲的全長(zhǎng)GLUT1蛋白呈現(xiàn)一種向內(nèi)開(kāi)放的構(gòu)象，并表現(xiàn)出典型的MFS家族折疊方式——由12個(gè)跨膜螺旋組成N端和C端兩個(gè)以假兩次軸對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)域。這種結(jié)構(gòu)使得研究人員能夠精確地繪制出GLUT1中致病突變結(jié)構(gòu)圖譜，并闡明其潛在機(jī)制。

    在以往的研究中，顏寧課題組曾獲取了GLUT1-4在大腸桿菌中的同源蛋白XylE的結(jié)構(gòu)。XylE在腸桿菌中負(fù)責(zé)將D-木糖以質(zhì)子依賴(lài)的方式同向轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞。在這篇文章中，研究人員將GLUT1與XylE的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，從而為理解協(xié)助擴(kuò)散單向轉(zhuǎn)運(yùn)體及質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

    獲得GLUT1、XylE和GlcP的結(jié)構(gòu)為從結(jié)構(gòu)和機(jī)制上了解參與各種生物學(xué)過(guò)程及與許多生物技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的這一MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)家族提供了重要的新見(jiàn)解。此外，新研究結(jié)果也為開(kāi)發(fā)出靶向GLUT1和其他生理上重要的MFS葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的潛在治療藥物提供了指導(dǎo)準(zhǔn)則。