人源多特异性有机阴离子转运蛋白OAT1和OAT4的结构解析：药物设计与相互作用管理的新视角

本研究通过冷冻电镜技术解析了人源OAT1（有机阴离子转运蛋白1）的apo状态及与probenecid、adefovir、cefazolin、PAH的复合物结构，以及OAT4与DHEAS的复合物结构，揭示了OAT1中保守的芳香钳（aromatic clamp）结合模式和OAT4独特的垂直结合构象，为理解SLC22家族的多特异性底物识别机制提供了结构基础，对药物设计及药物-药物相互作用（DDI）管理具有重要意义。

　　

在药物代谢和疾病治疗中，有机阴离子转运蛋白（OATs）扮演着关键角色。它们负责将药物、毒素和代谢产物跨细胞膜转运，直接影响药物的疗效和毒性。然而，OATs的多特异性底物识别机制长期困扰着研究人员，尤其是OAT1和OAT4在肾脏和胎盘中的功能差异。理解它们的结构基础，不仅有助于优化药物设计，还能避免潜在的药物-药物相互作用（DDI），这在慢性肾病和妊娠期药物管理中尤为重要。

为了解决这一问题，复旦大学附属上海市第五人民医院及复旦大学医学表观遗传学与代谢国际联合实验室的研究团队，利用冷冻电镜技术解析了人源OAT1和OAT4的高分辨率结构。研究揭示了OAT1与不同配体（如抗痛风药probenecid、抗病毒药adefovir、抗生素cefazolin和诊断剂PAH）的平面结合模式，以及OAT4与类固醇硫酸盐DHEAS的垂直结合构象。这些发现发表于《Cell Reports》，为SLC22家族的转运机制提供了重要见解。

研究团队主要采用了以下技术方法：1）冷冻电镜（cryo-EM）解析蛋白质结构；2）分子动力学（MD）模拟验证配体结合构象；3）细胞荧光摄取实验（6-CF assay）评估转运活性；4）位点突变分析结合关键残基功能。

研究结果分为以下几个部分：

1. OAT1和OAT4的结构解析：OAT1和OAT4均呈现典型的MFS（major facilitator superfamily）折叠，具有内向开放的构象。OAT1的配体结合口袋由保守的芳香残基Y230和F438形成“芳香钳”，而带正电的K382和R466决定配体方向。
2. 配体结合机制：OAT1的配体（如probenecid）通过π-π相互作用和氢键网络稳定结合，而OAT4的DHEAS则以垂直构象结合，硫酸基团与M35、Q242等残基相互作用。
3. 功能验证：突变关键残基（如Y230A、K382A）显著降低OAT1的转运活性，证实其在底物识别中的核心作用。
4. 比较分析：与SLC22家族其他成员（如URAT1、OCT2）相比，OAT1和OAT4展示了多样化的配体结合模式，反映了该家族的多特异性特征。

研究结论强调，OAT1和OAT4的结构解析为药物设计提供了分子框架，尤其是针对肾脏和胎盘相关疾病的治疗。例如，OAT1的芳香钳和带正电残基可作为药物优化的靶点，而OAT4的垂直结合模式为妊娠期药物安全性评估提供了新视角。此外，研究揭示了SLC22家族保守的底物识别机制，为预测和规避DDI奠定了理论基础。

这项研究的突破性在于首次捕捉了OAT1与多种临床相关药物的复合物结构，并通过功能实验验证了关键残基的作用。未来，基于这些结构的虚拟筛选和理性设计有望开发出更安全、高效的OAT靶向药物，推动个性化医疗的发展。