磷酸化调控Na+/HCO3-共转运体NBCe1失活机制的结构解析

本研究揭示了SLC4家族重要成员NBCe1-A（Na+/HCO3-共转运体）通过两个磷酸化模块（N端结构域的P-loop和跨膜结构域的H-loop）调控活性的分子机制。研究人员通过结构建模与功能实验证实，P-loop通过结合载体域和支架域抑制转运活性，H-loop则通过与IL3相互作用阻断构象变化。该发现为理解SLC超家族磷酸化调控提供了新范式，对代谢性酸中毒等疾病的治疗靶点开发具有重要启示。

　　

在细胞稳态维持中，溶质载体（SLC）超家族作为第二大膜蛋白家族，承担着离子、代谢物跨膜转运的核心功能。其中SLC4家族的Na⁺/HCO₃^-共转运体NBCe1（SLC4A4）在肾脏近端小管介导80%滤过HCO₃^-的重吸收，其功能缺陷会导致严重代谢性酸中毒。尽管已知蛋白激酶可通过磷酸化调控NBCe1活性，但结构基础始终未明。这项发表于《Communications Biology》的研究，首次阐明了NBCe1-A被磷酸化模块精确调控的分子机制。

研究采用电生理记录、同源建模和位点定向突变等关键技术，以非洲爪蟾卵母细胞为表达系统，结合大鼠脑组织来源的激酶构建体（SPAK/CaMKIIα），系统解析了NBCe1-A的调控机制。

P-loop通过结合载体域和支架域抑制NBCe1-A活性

通过构建P-loop的12个磷酸位点突变体（Ser/Thr→Asp/Glu模拟磷酸化），发现全位点磷酸化可使转运活性降低80%。结构模型显示，P-loop作为N端结构域（NTD）的柔性区域，其N端（P-loop^N）和C端（P-loop^C）两个磷酸化簇需协同作用才能实现最大抑制。关键发现是：IL4（载体域）和IL3/IL6（支架域）的碱性氨基酸突变可完全消除P-loop的抑制作用，证实磷酸化P-loop通过同时结合两个结构域阻断构象变化。

H-loop通过结合IL3实现构象锁定

跨膜结构域（TMD）中的H-loop（含T⁵⁹⁷/T⁶⁰¹/S⁶⁰²磷酸位点）在模拟磷酸化后活性降低60%。结构分析表明，磷酸化H-loop与相邻的IL3（支架域）形成分子内相互作用，阻碍载体域相对于支架域的滑动——这是电梯式转运机制（elevator-like mechanism）的关键步骤。IL3中K³⁷¹/K⁴²¹的突变可完全解除H-loop的抑制效应。

生理调控与治疗启示

实验证实内源性PP1（蛋白磷酸酶1）通过去磷酸化维持NBCe1基础活性，而SPAK和CaMKIIα选择性磷酸化P-loop特定位点。该研究不仅揭示了SLC家族磷酸化调控的共性机制，更为开发靶向NBCe1构象变化的治疗策略（如代谢性酸中毒）提供了分子基础。通过精确解析P-loop和H-loop的"分子刹车"机制，为理解SLC超家族动态调控开辟了新视角。