闫创业/袁亚飞团队揭示去甲肾上腺素转运蛋白机制

去甲肾上腺素、多巴胺和血清素是关键的单胺类神经递质，涉及运动、情感和生理过程。这些神经递质在突触前膜去极化后释放至突触间隙，激活突触后膜上的受体，引发神经元兴奋和突触可塑性等过程。神经递质在完成信号传递后需迅速从突触间隙被清除，通常通过单胺类神经递质转运蛋白（MATs）再摄取回突触前膜，终止其对受体的激活。MATs家族抑制剂常用于抗抑郁治疗。MATs通过依赖钠离子Na+的浓度梯度完成神经递质的跨膜运输，可能还涉及氯离子Cl-和钾离子K+的转运。

近年来，研究者们在解析MATs底物转运及抗抑郁药物调节机制方面取得了显著进展。例如，果蝇多巴胺转运蛋白dDAT和人源血清素转运蛋白SERT的结构已被详尽解析。然而，人源去甲肾上腺素转运蛋白NET的结构研究进展缓慢，限制了抗抑郁药物的优化。

2024年7月24日，清华大学闫创业/袁亚飞团队在《Nature》杂志发表了关于人类去甲肾上腺素转运蛋白（NET）的研究论文，揭示了NET的结构及其与底物NE和DA的结合机制，并首次报道了NET中的第二个底物结合位点及NSS家族的钾离子结合位点。该研究还解析了四种抗抑郁药物（托莫西汀、地昔帕明、艾司西酞普兰和安非他酮）与NET结合的八个高分辨率结构。

研究发现，NET中心口袋S1识别NE或DA的方式与果蝇dDAT不同，主要通过儿茶酚环上的羟基与水介导的氢键作用。此外，实验观察到NET存在第二个底物结合位点（S2），该位点位于TM1b C末端，仅在向内闭合或开放的构象中存在。S2位点的某些突变显著影响转运蛋白的速度，推测其可能功能是提前加载底物，加快转运效率。

研究还首次通过结构验证了NSS家族中的K+结合位点，该位点位于Na1 处，伴随Na+释放后局部残基构象改变更偏好K+的螯合。尽管确定了K+的存在及其在运输中的作用，其具体触发机制仍需深入研究。

通过解析四种抗抑郁药物的高分辨率结构，研究揭示了这些药物对NET、DAT和SERT的选择性抑制机制。托莫西汀对NET的选择性比SERT和DAT高，地昔帕明对NET的选择性比SERT高，安非他酮则抑制NE和DA再摄取，艾司西酞普兰则主要选择性抑制SERT。

该研究为理解不同抗抑郁药物对MATs的选择性抑制提供了重要见解，并提出了NET的转运过程模型，进一步推动了抗抑郁药物的研发和优化。