《自然》杂志报道了降糖药物恩格列奈的结构机制

来源：北京大学2021-12-20 12:34

葡萄糖是地球上大多数生物最重要的能源之一。葡萄糖通过血液循环被输送到身体的各个器官。当血液流经肾脏时，大部分葡萄糖被过滤掉，然后被重新吸收回血液中。肾脏每天重吸收180g葡萄糖，保证最终排出的尿液不含葡萄糖1。因此，肾脏是维持血浆葡萄糖水平的重要器官。负责肾脏葡萄糖重吸收的主要蛋白质是钠-葡萄糖共转运蛋白(SGLT)，

葡萄糖是地球上大多数生物最重要的能源之一。葡萄糖通过血液循环被输送到身体的各个器官。当血液流经肾脏时，大部分葡萄糖被过滤掉，然后被重新吸收回血液中。肾脏每天重吸收180g葡萄糖，保证最终排出的尿液不含葡萄糖1。因此，肾脏是维持血浆葡萄糖水平的重要器官。

肾脏中负责葡萄糖重吸收的主要蛋白质是钠-葡萄糖共转运蛋白(SGLT)，它是5A(溶质载体转运蛋白5A家族)的成员，与GLUT(SLC2A) 2有很大不同。SGLT蛋白利用钠离子的电化学势驱动葡萄糖逆向浓度梯度转运。因此，葡萄糖的运输伴随着钠离子2的电致运输。在人类中，有六种SGLT亚型，其中SGLT1和SGLT2在肾脏中起主要作用。SGLT2位于肾脏近曲小管的S1段和S2段，负责原尿中90%葡萄糖的重吸收，其活性依赖于副亚单位MAP174。SGLT1位于近曲小管的S3段，负责残余葡萄糖的重吸收。SGLT2失活突变可引起家族性肾性尿糖，除尿糖3，4升高外，无其他明显临床症状。此外，早在1886年，德国药剂师约瑟夫冯梅林就发现，从苹果根皮中提取的天然产物根皮苷，可以使动物多排尿，排泄尿糖，减肥。随后的研究发现根皮苷是SGLT的天然抑制剂。在20世纪80年代末和90年代初，编码负责葡萄糖重吸收的SGLT1和SGLT2蛋白的基因也被克隆。这一系列进展促使制药行业重视SGLT2抑制剂的开发。其思路是通过抑制SGLT蛋白的功能，使生尿中的葡萄糖不能被重吸收，从而通过尿液排出体外，达到间接降低血糖的目的。与SGLT2相比，SGLT1只负责肾脏对少量葡萄糖的重吸收，也负责肠道对葡萄糖的摄取。7抑制其功能后的降糖作用和副作用有待进一步研究。因此，SGLT2已成为治疗的重要小分子药物靶点之一。

目前，基于天然产物根皮苷的结构，已成功开发出多种SGLT2特异性抑制剂，并应用于2型糖尿病的临床治疗，如恩帕列汀、卡那列嗪、恩帕列嗪等。其中接合素对SGLT2的选择性是SGLT1 9的2500倍。这些药物降糖效果显著，验证了“以尿糖降血糖”治疗思路的正确性。这三种SGLT2抑制剂除了具有降血糖的作用外，还具有治疗心力衰竭、保护肾脏等多种临床效果。10、哪些被称为“神奇药物”。虽然SGLT2抑制剂在2型糖尿病的治疗中有很大的价值，但目前还不清楚这些药物是如何抑制SGLT2蛋白功能的。

北京大学未来技术研究院分子医学研究所研究员陈雷课题组在《自然》杂志上发表了一篇题为《抑制人SGLT2-MAP17葡萄糖转运蛋白的结构基础》的文章，报道了人sglt2-map 17复合物与抑制剂恩格列奈组合的结构。本研究课题组成员经过多年的积累和探索，创新性地采用了“三关节固定”的策略，克服了复合体分子量小的技术难题，获得了冷冻电镜结构。结果表明，结构抑制剂恩格列奈结合在SGLT2蛋白中间，抑制剂的葡萄糖基占据了葡萄糖的结合位点，葡萄糖基的羟基与SGLT2的氨基酸发生极性相互作用。抑制剂的苷元从葡萄糖结合位点向外延伸到蛋白质的外部，将SGLT2锁定在向外开放的状态。该工作确定了SGLT2抑制剂的结合位点，解释了SGLT2抑制剂的工作机理，为进一步优化SGLT家族抑制剂提供了结构基础。

北京大学未来技术研究院分子医学研究所博士生牛为该论文第一作者，为该论文通讯作者。这项研究也是由陈雷研究小组的博士生刘锐和博士后程程管理的。北京大学未来技术研究院研究员陈志兴及其博士生张远利用精湛的荧光标记技术，为本课题提供了高纯度的荧光标记葡萄糖底物。勃林格殷格翰制药有限公司(GmbH Co KG)的Stefan Hoerer和Herbert Nar为本课题提供了恩格列奈及其同位素标记。在该项目的开发过程中，勃林格殷格翰中国分公司的安迪伊和叶峻青给予了大力协助。在李、裴霞、的帮助下，在北京大学电子显微镜平台和冷冻电镜平台上完成了冷冻电镜样品的制备、筛选和采集。台湾省大学许立清教授展示了一个1-NBDG样品，用于项目的初步探索。同位素实验得到了北京大学生命科学学院黄世堂的协助。本项目的数据处理获得了北京大学CLS计算平台和未名超级计算平台的硬件和技术支持。博士后管成成获得勃林格殷格翰公司博士后项目资助。本项目得到了国家自然科学基金等基金的资助。陈雷实验室长期致力于代谢性疾病和心血管疾病药物靶点的工作机制，先后分析了胰岛细胞中葡萄糖受体KATP和一氧化氮受体sGC等重要蛋白的结构。(100yiyao.com)