LYCHOS-mTORC1通路胆固醇感知的结构解析：为选择性靶向治疗提供新策略

本研究通过冷冻电镜技术解析了人类LYCHOS蛋白的五种构象状态，揭示了其作为溶酶体胆固醇传感器通过构象变化调控mTORC1信号通路的分子机制。研究人员发现LYCHOS通过两个胆固醇结合位点(CBS1/CBS2)感知胆固醇浓度，诱导GLD结构域向PLD结构域平移，进而暴露TM15胞质延伸段与GATOR1相互作用。该研究为开发选择性抑制mTORC1通路的LYCHOS靶向药物提供了结构基础，对治疗衰老相关疾病具有重要意义。

　　

胆固醇作为细胞膜的重要组成成分，其代谢紊乱与心血管疾病、神经退行性疾病和癌症等多种疾病密切相关。在细胞生长调控的核心通路mTORC1中，胆固醇如何被感知并传递信号一直是个未解之谜。虽然此前已知溶酶体跨膜蛋白SLC38A9可能参与胆固醇依赖的mTORC1激活，但其结构证据仍然缺乏，而专门的胆固醇传感器尚未被明确鉴定。

北京大学健康科学中心的研究人员通过冷冻电镜技术，成功解析了人类LYCHOS蛋白的六种冷冻电镜结构，描绘出五种不同的构象状态。这项发表在《Nature Communications》的研究发现，LYCHOS作为溶酶体胆固醇传感器，通过独特的结构机制将胆固醇感知与mTORC1信号激活相偶联。研究不仅揭示了LYCHOS感知胆固醇的分子基础，更为开发选择性靶向mTORC1通路的抑制剂提供了新思路。

研究人员主要运用了以下关键技术：冷冻电镜单颗粒分析技术解析蛋白结构（最高分辨率达3.21?）；分子动力学模拟（900ns）验证胆固醇结合模式；基于Renilla荧光素酶的BRET技术监测GATOR1招募；FIAsH-BRET生物传感器检测构象变化；以及HEK293细胞模型验证功能突变效应。

结构解析揭示LYCHOS多构象状态

通过冷冻电镜技术，研究人员获得了LYCHOS的三种主要结构状态：与胆固醇类似物CHS结合的收缩状态(LYCHOS_{WT_C})、脂质结合的扩展状态(LYCHOS_{WT_E})以及由TM6介导的非典型扩展二聚体状态。结构分析显示LYCHOS形成对称二聚体，每个单体包含17个跨膜螺旋，其中TM1-TM10构成类似渗透酶的结构域(PLD)，TM11-TM17构成类似GPCR的结构域(GLD)。

胆固醇结合位点的精确鉴定

研究首次在PLD与GLD之间的裂隙中鉴定出两个明确的胆固醇结合位点(CBS1和CBS2)。CBS1由TM1、TM10和TM17的芳香族残基构成，通过π-π堆积作用固定胆固醇的四环结构；CBS2则由TM10、TM16和TM17形成，Gly702和Gly704的保守性使TM17解旋，为胆固醇疏水尾提供结合空间。分子动力学模拟证实胆固醇在天然状态下以类似CHS的方式结合。

构象变化的信号转导机制

比较扩展和收缩状态发现，胆固醇结合诱导GLD向PLD发生刚性旋转（以TM11上的Leu375为支点），使关键残基Tyr551从膜内移位到胞质侧。FIAsH-BRET实验证实，胆固醇结合导致ICL2/ICL5与ICL7/ICL8空间距离缩短，而ICL2与C端距离增加，这与冷冻电镜观察到的构象变化完全一致。

功能验证与治疗潜力

通过BRET技术构建的LYCHOS-Rluc/NPRL2-YFP招募系统显示，胆固醇以浓度依赖方式（EC₅₀=165.1nM）促进GATOR1招募。CBS位点突变(F50A/Y57A等)显著削弱这一过程，而G702L/M/F突变则增强胆固醇感应能力，这与结构观察到的疏水相互作用增强现象相符。

这项研究系统阐明了LYCHOS通过构象变化感知胆固醇并调控mTORC1活性的分子机制。在低胆固醇环境下，LYCHOS保持扩展状态，Tyr551埋藏在膜内；当胆固醇充足时，其结合诱导构象变化，暴露Tyr551并促进与GATOR1的相互作用，从而激活mTORC1信号。研究不仅解决了胆固醇如何调控mTORC1这一长期悬而未决的问题，更重要的是为开发选择性靶向mTORC1通路的抑制剂提供了精确的结构模板。鉴于mTORC1过度激活与衰老相关疾病密切相关，通过稳定LYCHOS扩展状态来抑制该通路，可能成为治疗相关疾病的新策略。