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为阐明代谢转运蛋白如何协调葡萄糖与胞外代谢物以调控细胞能量，研究人员探究了肝细胞膜上 NaCT 与 Glut 等的互作机制，发现其通过 H4c 结构域 reciprocal 调控转运功能，揭示了新的代谢平衡机制，为相关疾病提供潜在靶点。
细胞就像一座精密运转的 “能量工厂”，而代谢物则是维持工厂运转的 “原材料”。细胞外环境中三羧酸循环（TCA cycle）代谢物的组成，决定着营养吸收、炎症反应和细胞能量管理等关键生理功能。其中，柠檬酸盐（citrate）作为一种 “全能代谢物”，不仅能调节糖酵解，还是脂肪酸代谢的前体，更是重要的生理 Ca2+缓冲剂；葡萄糖则是细胞能量的核心来源。
然而，这些代谢物带负电荷，需通过转运蛋白跨膜运输，而这些转运蛋白如何协同调控葡萄糖和柠檬酸盐等的平衡，以响应营养变化并驱动能量代谢，一直是未解之谜。特别是在肝细胞中，这种协调机制对机体代谢稳态至关重要，其异常可能与癫痫、代谢疾病甚至癌症相关。
为解开这一谜题，以色列本 - 古里安大学内盖夫分校（Ben Gurion University of the Negev）的研究团队开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。他们发现，肝细胞膜上的柠檬酸盐转运蛋白 NaCT（SLC13A5）与葡萄糖转运蛋白（Glut）及阴离子转运蛋白通过特定结构域相互作用，能 reciprocal 调控转运功能，形成了一套响应营养可用性的代谢调控机制，为理解代谢紊乱相关疾病提供了新视角。
研究采用的主要关键技术方法包括：对原代小鼠肝细胞及人肝细胞系（THLE2、HepG2）进行葡萄糖饥饿 / 饱足处理，结合放射性标记代谢物（3H - 柠檬酸盐、3H-2 - 脱氧葡萄糖） uptake 实验，分析转运功能；通过基因沉默（siRNA）抑制 NaCT 表达，结合 Western blot 验证沉默效率；利用 Xenopus 卵母细胞表达野生型及突变型 NaCT，通过电生理技术检测转运活性；采用共免疫沉淀（CoIP）和免疫荧光共定位验证蛋白相互作用；借助 Seahorse 分析仪监测细胞糖酵解和线粒体呼吸功能；利用 GEPIA2 工具分析癌症中基因表达变化。
柠檬酸盐和葡萄糖转运在肝细胞中同步响应葡萄糖可用性
研究发现，原代小鼠肝细胞在葡萄糖饥饿 4-10 小时后，3H - 柠檬酸盐和3H-2 - 脱氧葡萄糖的 uptake 均增加；而饥饿 8 小时后重新加入葡萄糖和柠檬酸盐，两者的 uptake 则快速下降，人肝细胞系也呈现类似趋势。这表明肝细胞中柠檬酸盐和葡萄糖转运蛋白会同步响应葡萄糖可用性。
进一步实验显示，用 NaCT 抑制剂处理人肝细胞系，葡萄糖 uptake 呈剂量依赖性增加；在小鼠中沉默 NaCT 后，非空腹血糖降低，肝细胞葡萄糖 uptake 升高，且对葡萄糖可用性的响应消失。这些结果证实 NaCT 对葡萄糖转运的下调作用是两者同步的关键。
NaCT 的 H4c 调控域中与缺陷相关的突变改变细胞代谢
研究聚焦 NaCT 的 H4c 调控域中与 NaCT 缺陷相关的突变（H106R、L111R），发现这些突变在 Xenopus 卵母细胞中会消除 NaCT 功能。其中，L111R 因膜表达受损导致功能丧失，H106R 虽膜表达正常但功能缺失，且 H106 位的所有突变均会消除 NaCT 功能，表明 H4c 域特定残基对 NaCT 功能和表达至关重要。
通过 Seahorse 分析发现，表达 L111R 的细胞糖酵解抑制作用弱于野生型 NaCT，而 H106R 对糖酵解的抑制与野生型相似，说明 NaCT 的表达和功能驱动着柠檬酸盐和葡萄糖稳态。
H4c 调控域中功能突变对糖酵解的差异影响揭示 NaCT 调控葡萄糖转运的机制
研究发现，H4c 域中 K107A 和 R112A 突变会削弱 SLC26A1 对 NaCT 的抑制作用。Seahorse 分析显示，K107A 仍能抑制糖酵解，而 R112A 的抑制作用显著降低，表明 H4c 域残基通过与 SLC26 转运蛋白相互作用调控葡萄糖代谢。
NaCT 与 Glut 转运蛋白相互作用以抑制葡萄糖 uptake 并调控细胞生物能量学
实验表明，NaCT 对糖酵解的抑制主要通过调控葡萄糖 uptake 实现。用 Glut-1 抑制剂处理细胞，葡萄糖 uptake 完全消失，证实 HEK293 细胞中主要是 Glut-1 介导葡萄糖转运。
进一步研究发现，NaCT 与 Glut-1 存在 reciprocal 抑制：NaCT 抑制 Glut-1 的葡萄糖转运，Glut-1 也抑制 NaCT 的柠檬酸盐转运，而 R112A 突变会削弱这种相互作用。共免疫沉淀和免疫荧光显示，内源性 NaCT 与 Glut-1 在人肝细胞中存在相互作用并共定位，Alphafold2 预测显示 NaCT 的 R112 可能与 Glut-2 的特定域相互作用。
H4c 域与 H6b 域形成调控界面，参与 NaCT 功能调控
NaCT 的 H4c 域与 H6b 域通过 K107-E305-K308 三联体形成盐桥相互作用。电荷交换突变（如 K107E/E305K）会导致功能增强，且该突变体不再被 SLC26 转运蛋白抑制，表明 H4c-H6b 界面是调控 NaCT 功能及与其他转运蛋白相互作用的关键。
功能映射发现 H4c/H6b 域存在三个残基簇：簇 I 参与蛋白结构稳定，簇 II 与催化域相互作用影响功能，簇 III 面向蛋白表面，介导与其他转运蛋白的相互作用。
综上，该研究揭示了 NaCT 通过 H4c/H6b 调控域与 Glut 及 SLC26 转运蛋白相互作用，reciprocal 调控葡萄糖和柠檬酸盐转运，从而协调细胞代谢以响应营养变化的新机制。这一机制作为代谢调控的 “第一道防线”，可能在肝、脑等器官中发挥关键作用，为理解 NaCT 缺陷相关癫痫、代谢疾病及癌症的发病机制提供了新线索，也为开发靶向代谢转运蛋白相互作用的治疗策略奠定了基础。
