肾脏是维持血浆中葡萄糖水平的重要器官。当葡萄糖跟随血液流经肾脏时，绝大部分葡萄糖都会被滤出、重吸收回血液。而在肾脏中负责葡萄糖重吸收的主要蛋白，就是钠-葡萄糖共转运蛋白（SGLT）。

在人类中，SGLT已知包含了SGLT1到SGLT6这6种亚型，在肾脏中主要起作用的为SGLT1和SGLT2。其中，SGLT2负责原尿中90%葡萄糖的重吸收，其活性依赖于附属亚基MAP17；而SGLT1负责残余葡萄糖的重吸收。

重吸收过程使得我们摄入的葡萄糖等营养物质能得到更***的利用，但对于糖尿病患者来说，这个过程却并不美妙。如果能抑制SGLT蛋白的功能，使原尿中的葡萄糖无法被重吸收，从而通过尿液排出体外，那么就能帮助他们实现降血糖的目的。因此，仅在肾脏中负责重吸收绝大部分葡萄糖的SGLT2，成为治疗糖尿病的重要小分子药物靶点之一。

1886年，德国药学家约瑟夫•冯梅林教授发现从苹果树根皮中萃取的天然产物根皮苷（Phlorizin）可以使动物多尿、排出尿糖、减轻体重。随后的研究发现，根皮苷就是SGLT的天然抑制剂。

基于根皮苷的结构，已有包括恩格列净（Empagliflozin）在内的多种SGLT2特异性抑制剂被开发出来，并应用于2型糖尿病的临床治疗。这些SGLT2抑制剂验证了“通过尿出糖来降血糖” 这一治疗思路的正确性，并且还展现出治疗心衰、肾脏保护等多种临床效果。

但是，这类备受关注的药物究竟是如何抑制SGLT2蛋白功能的，却始终没有得到解答。一个重要原因在于，SGLT2蛋白的精细结构尚未得到解析。

现在，北京大学未来技术学院分子医学研究所陈雷课题组解决了上述问题。在一项发表于《自然》杂志的***新研究中，他们通过冷冻电镜对SGLT2-MAP17复合物和抑制剂的结构进行解析，阐明了SGLT2抑制剂的工作机制。

陈雷教授表示，解析SGLT2蛋白的结构***挑战性，因为SGLT2和MAP17复合物的分子量很小，结构稳定区只有80 kDa（千道尔顿）左右；该结构不具有对称性；此外，二者均没有稳定的可溶区结构域。

面对这一挑战，研究团队创新性地采用“三接头固定”策略，将绿色荧光蛋白（GFP）融合在SGLT2胞内的环区，并将与GFP结合的纳米抗体融合在MAP17胞内端。这样，利用GFP和纳米抗体的高亲和力，就能将两者的复合物嵌合在SGLT2-MAP17胞内侧，为冷冻电镜观测提供了标记。

借助这一策略，研究团队***终获得了分辨率为2.95 Å的SGLT2-MAP17复合物与其抑制剂恩格列净结合的冷冻电镜结构。

▲SGLT2-MAP17蛋白的电子密度图和拓扑示意图

冷冻电镜成像显示，SGLT2为14次跨膜蛋白，含有从TM0到TM13这14个跨膜螺旋。其中，TM1-TM10为转运的核心结构，该结构与原核生物亮氨酸转运蛋白（LeuT）类似。而TM0、TM11-TM13在核心结构的周围，附属亚基MAP17通过疏水相互作用与TM13结合。

此外，这项研究还揭示了抑制剂恩格列净与SGLT2蛋白结合的机制。恩格列净结合在SGLT2蛋白的中间，抑制剂的葡萄糖基占据了葡萄糖的结合位点，葡萄糖基的羟基与SGLT2的氨基酸发生了极性相互作用。抑制剂的糖苷配基从葡萄糖结合位点往外延伸，直到蛋白外侧，将SGLT2锁定在向外开放状态。

如下图所示，抑制剂的不同基团与SGLT2的不同氨基酸相互作用，牢固地结合在一起。而将与抑制剂结合的SGLT2氨基酸突变为SGLT1对应的氨基酸时，抑制剂的抑制效果也减弱。这在一定程度上解释了恩格列净对SGLT2相较于SGLT1的高选择性。

▲抑制剂恩格列净的结合位点

因此，研究团队通过对冷冻电镜成像结果的解析，发现抑制剂将SGLT2锁定在向外开放状态，确定了SGLT2抑制剂的结合位点，并且阐述了SGLT2剂抑制的工作机制。陈雷教授表示，这项研究为SGLT家族抑制剂的进一步优化提供了结构基础，并且为基于该结构的药物设计提供了模板。

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