URAT1药物抑制的分子机制解析：为高尿酸血症治疗提供新靶点与结构基础

本研究揭示了肾脏尿酸转运蛋白URAT1的分子机制及其药物抑制机理，通过高分辨率冷冻电镜技术解析了URAT1与底物尿酸及临床药物（苯溴马隆、雷西纳德等）的复合物结构，阐明了药物通过稳定内向构象阻断转运的共性机制，为开发高效低毒的抗高尿酸血症药物提供了关键结构依据。

　　

高尿酸血症作为痛风等代谢性疾病的核心诱因，其关键调控靶点URAT1（尿酸转运体1）长期缺乏精确的结构信息。尽管现有URAT1抑制剂如苯溴马隆（benzbromarone）等已用于临床，但药物毒性、短半衰期等问题制约疗效。更棘手的是，URAT1与不同物种的尿酸代谢适应性进化相关，大鼠与人类URAT1存在关键残基差异（如F365Y），导致传统动物模型难以准确预测药物反应。这些瓶颈使得新型URAT1抑制剂的理性设计举步维艰。

中国科学院生物物理研究所的研究团队通过构建双突变大鼠URAT1（N35S/Y365F）模拟人类转运体特性，采用冷冻电镜技术首次解析了URAT1与尿酸及四种临床药物（苯溴马隆、雷西纳德、维瑞努拉德、磺吡酮）的复合物结构（分辨率3.5-3.6 ?），结合分子动力学模拟和功能性验证实验，系统揭示了药物抑制的分子机制。相关成果发表于《Nature Communications》。

研究主要采用以下技术方法：1）构建模拟人类URAT1药理特性的双突变大鼠模型；2）利用HEK293-F细胞进行放射性标记尿酸（[¹⁴C]-urate）转运实验验证突变体功能；3）通过冷冻电镜解析五种复合物结构；4）采用分子动力学模拟分析药物结合稳定性；5）设计系列点突变（如R477A、F365Y等）进行结构-功能验证。

分子机制与结构特征

URAT1呈现典型的MFS（major facilitator superfamily）超家族折叠特征，由12个跨膜螺旋组成N、C两个结构域。尿酸结合位点位于16 ?深的带正电腔体中，关键残基R477^TM11通过静电作用识别尿酸负电荷，而F365^TM7等芳香族残基构成疏水口袋。人类特有的F365（大鼠对应Y365）被证实是物种间亲和力差异的关键决定因素。

药物抑制机制

苯溴马隆通过苯并呋喃基团与Q245形成氢键，其溴酚基团与R477产生静电作用，而F241^TM5等残基构成π-π堆叠网络。S35^TM1（人类特有）的突变实验显示，其侧链体积直接影响药物结合空间。

雷西纳德（lesinurad）与衍生物维瑞努拉德（verinurad）均通过三唑基团与S35作用，但后者氰基与D389^TM8的静电作用使其亲和力提升140倍。分子动力学模拟显示维瑞努拉德RMSD值更稳定（<2.0 ?），印证其长效特性。

构象调控机制

保守的motif-A（G164-HASD168R169FGR172R173）和跨域氢键（Q149-R487）被证实是构象转换的关键。E223^TM5-R465^TM11离子锁在向外开放构象中稳定TM螺旋排布，而药物结合通过占据阴离子结合位点（如吡嗪酸结合区）阻断构象转换。

该研究不仅阐明URAT1药物抑制的共性机制——通过稳定内向构象阻断转运循环，更揭示物种间关键残基差异对药物设计的深远影响。特别值得注意的是，F365Y突变导致酪氨酸羟基与苯溴马隆的空间冲突，这一发现为跨物种药效预测提供了分子标尺。结构指导下的维瑞努拉德优化案例（氰基取代环丙基）证实，靶向D389的静电网络设计可显著提升药物特性，为新一代URAT1抑制剂的开发奠定理论基础。