甘氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)。在甘氨酸能神經(jīng)元的抑制性突觸中，甘氨酸通過激活甘氨酸受體，控制呼吸節(jié)律、肌張力、運動協(xié)調(diào)，并參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的早期發(fā)育；在谷氨酸能神經(jīng)元的興奮性突觸中，甘氨酸作為共激動劑參與NMDA受體的激活，調(diào)控學(xué)習(xí)與記憶活動。突觸間隙中的甘氨酸濃度由兩種甘氨酸轉(zhuǎn)運蛋白（GlyT）GlyT1和GlyT2進行調(diào)控，以保證突觸前和突觸后活動的嚴格平衡。GlyT1和GlyT2在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的分布和功能不同。在抑制性神經(jīng)元的突觸間隙中，甘氨酸主要由GlyT2回收，而在興奮性神經(jīng)元的突觸間隙中，NMDA受體附近甘氨酸的濃度主要由GlyT1調(diào)節(jié)。

精神分裂癥是高致殘率的精神疾病。精神分裂癥臨床特征為陽性癥狀（幻覺和妄想）、陰性癥狀（情緒扁平和社交失能）與認知障礙。陽性癥狀已有臨床藥物進行治療，而長期影響患者社會功能和生活質(zhì)量的陰性癥狀和認知障礙仍缺乏有效的治療手段。有研究支持NMDA受體的功能減退是致病機制之一，增強NMDA受體的功可有潛力治療精神分裂癥陰性癥狀和認知障礙。雖然直接口服NMDA受體激動劑甘氨酸可以減輕陰性癥狀、改善認知能力，但由于用藥劑量高、治療窗口期窄、中樞神經(jīng)系統(tǒng)滲透率差以及伴隨而來的副作用和潛在的藥物相互作用等而應(yīng)用受限。GlyT1與NMDA受體高度共定位，同時，抑制GlyT1可以提高突觸間隙的甘氨酸濃度，促進NMDA受體激活。因此，GlyT1被認為是治療精神分裂癥的關(guān)鍵靶點之一。有研究開發(fā)了選擇性抑制GlyT1的化合物作為精神分裂癥的候選治療藥物并開展了臨床研究。目前，針對GlyT1的治療精神分裂癥的藥物處在臨床試驗階段，因而探究GlyT1底物識別、離子結(jié)合、構(gòu)象變化以及與其他臨床試驗藥物分子之間的構(gòu)效關(guān)系，有助于加速靶向GlyT1的藥物開發(fā)進程。

3月20日，中國科學(xué)院生物物理研究所趙巖研究組在《細胞》（Cell）上，發(fā)表了題為Transport mechanism and pharmacology of the human GlyT1的研究論文。該研究解析了人源全長野生型GlyT1轉(zhuǎn)運過程中的三種不同構(gòu)象，并鑒定了底物甘氨酸、基于肌氨酸的抑制劑ALX-5407以及基于非肌氨酸的抑制劑SSR504734和PF-03463275共四種配體的結(jié)合位點，闡明了GlyT1的底物識別和三種抗精神分裂候選藥物選擇性抑制GlyT1的機制。

GlyT1所屬的SLC6家族神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白的功能均依賴鈉離子和氯離子。該研究在分辨率為2.6 ?的封閉態(tài)GlyT1電鏡結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了底物甘氨酸的結(jié)合，鑒定了共轉(zhuǎn)運的一個氯離子與兩個鈉離子的結(jié)合位點，闡釋了底物與離子結(jié)合及轉(zhuǎn)運的偶聯(lián)關(guān)系。研究通過對比其他神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白的中央結(jié)合腔及離子結(jié)合位點，識別出關(guān)鍵差異殘基，并對構(gòu)成GlyT1底物和離子結(jié)合口袋的保守殘基和差異殘基進行了功能鑒定。

目前開發(fā)的靶向GlyT1的臨床候選藥物可分為肌氨酸衍生物類和非肌氨酸衍生物類。肌氨酸衍生物類抑制劑的初始先導(dǎo)化合物ALX-5407被發(fā)現(xiàn)結(jié)合在GlyT1內(nèi)向的口袋中。同時，第一個取得專利的非肌氨酸衍生物類抑制劑SSR504734與正在進行臨床二期試驗的藥物PF-03463275則在GlyT1的外向口袋中被鑒定。三種化合物均可選擇性地抑制GlyT1而非GlyT2。該研究揭示了決定這些化合物選擇性抑制GlyT1而非GlyT2的分子機理。此外，研究通過對比外向開口、封閉、內(nèi)向開口三種不同構(gòu)象的電鏡結(jié)構(gòu)，剖析了分別穩(wěn)定外向開口構(gòu)象和內(nèi)向開口構(gòu)象的關(guān)鍵相互作用網(wǎng)絡(luò)，豐富了對于神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)象變化機制的認知。

研究工作得到科技創(chuàng)新-2030“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、國家自然科學(xué)基金等的資助。冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集得到生物物理所蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺生物成像中心、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院生物微觀結(jié)構(gòu)研究平臺的技術(shù)支持；放射性轉(zhuǎn)運實驗得到生物物理所放射性同位素實驗室的協(xié)助。

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GlyT1生理和藥理的分子機制