首頁資訊抗瘧研究新進(jìn)展！顏寧團(tuán)隊(duì)和尹航團(tuán)隊(duì)聚焦糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“餓死瘧原蟲”

抗瘧研究新進(jìn)展！顏寧團(tuán)隊(duì)和尹航團(tuán)隊(duì)聚焦糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“餓死瘧原蟲”

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月02日 19:10

抗瘧研究新進(jìn)展！顏寧團(tuán)隊(duì)和尹航團(tuán)隊(duì)聚焦糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“餓死瘧原蟲”

2020年8月28日，原清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、現(xiàn)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系顏寧團(tuán)隊(duì)和清華大學(xué)藥學(xué)院尹航團(tuán)隊(duì)合作在國際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上在線發(fā)表題為《抑制惡性瘧原蟲糖攝入的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》（Structural Basis for Blocking Sugar Uptake into the Malaria Parasite Plasmodium falciparum）的重要研究成果。

該論文闡釋了己糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PfHT1（Plasmodium falciparum hexose transporter 1）分別結(jié)合天然底物葡萄糖和一個(gè)已知的選擇性與抑制效果均較弱的抑制劑C3361的兩個(gè)結(jié)構(gòu)。出乎意料，C3361的結(jié)合導(dǎo)致了PfHT1巨大的構(gòu)象變化，衍生出一個(gè)全新的空腔結(jié)構(gòu)，可以被作為靶點(diǎn)進(jìn)行抑制劑的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成員開發(fā)出了一系列具有更高親和力的選擇性抑制劑，在原蟲抑制實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)可以有效殺死瘧原蟲，卻對(duì)人源細(xì)胞無害，從而為開發(fā)新一代抗瘧藥物開辟了道路。

C3361別構(gòu)抑制PfHT1并誘導(dǎo)產(chǎn)生新的空腔結(jié)構(gòu)

（A）相比與底物葡萄糖結(jié)合的PfHT1蛋白構(gòu)象，與抑制劑C3361的結(jié)合引起了PfHT1蛋白巨大的構(gòu)象變化；

（B）C3361分子在占據(jù)底物葡萄糖結(jié)合位點(diǎn)的同時(shí)在其尾部誘導(dǎo)產(chǎn)生了一個(gè)新的空腔；

（C）葡萄糖／C3361分別與PfHT1結(jié)合構(gòu)象下的空腔對(duì)比

一、采用新思路，餓死瘧原蟲

瘧疾（Malaria）是瘧原蟲（Plasmodium）通過雌性按蚊為媒介傳播的傳染性疾病，是當(dāng)今世界公共衛(wèi)生的突出問題?？杉纳谌祟惖寞懺x有5種，包括：惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）、卵形瘧原蟲（Plasmodium ovale）、間日瘧原蟲（Plasmodium vivax）、三日瘧原蟲（Plasmodium malariae）和諾氏瘧原蟲（Plasmodium knowlesi），其中惡性瘧原蟲可感染各個(gè)時(shí)期的紅細(xì)胞，引起嚴(yán)重的全身癥狀甚至導(dǎo)致死亡，是現(xiàn)存對(duì)人類健康威脅最大的瘧原蟲。當(dāng)前，全球抗擊瘧疾的難題是瘧原蟲開始對(duì)現(xiàn)有藥物治療方法產(chǎn)生耐藥性，過去行得通的方法在逐漸失去效力。如何開拓思路發(fā)現(xiàn)新的抗瘧方法，是科學(xué)家們關(guān)注的重點(diǎn)。

“餓死瘧原蟲”研究，可分為三個(gè)階段的突破。

階段1：找到致命弱點(diǎn)

葡萄糖是大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞的主要能源物質(zhì)，通過抑制細(xì)胞攝取葡萄糖的“饑餓療法”，可作為治療一些相關(guān)疾病的潛在治療策略。PfHT1是惡性瘧原蟲主要的葡萄糖攝入蛋白。通過抑制該蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，將可能有效抑制瘧原蟲的能量攝入從而抑制其生長和增殖，但是該策略的難度在于如何定向抑制瘧原蟲的糖攝入而不影響人體細(xì)胞。

階段2：找到殺手锏

在早期針對(duì)PfHT1作為抗瘧靶點(diǎn)的研究中，由于缺乏該蛋白的結(jié)構(gòu)信息，特別是結(jié)合抑制劑狀態(tài)下的復(fù)合物結(jié)構(gòu)信息，抑制劑的開發(fā)工作沒有取得突破性進(jìn)步。原清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授顏寧領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)率先將目標(biāo)鎖定PfHT1，并在結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ)上與清華大學(xué)藥學(xué)院尹航教授團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)的小分子藥物開發(fā)，并成功獲得了一系列具有更高親和力與選擇性的靶向PfHT1的小分子抑制劑。

階段3：確保安全

為了確認(rèn)尹教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的抑制劑殺死了瘧原蟲而非人類細(xì)胞，全球健康藥物研發(fā)中心（GHDDI）為此提供了大力支持。GHDDI作為非營利性新藥研發(fā)機(jī)構(gòu)，專注于全球健康相關(guān)疾病的藥物研發(fā)，瘧疾正是GHDDI的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，并對(duì)此擁有相關(guān)多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人才儲(chǔ)備。尹教授團(tuán)隊(duì)將該抑制劑交由GHDDI的瘧疾疾病生物學(xué)小組負(fù)責(zé)人加藤信高（Nobutaka Kato）博士，該團(tuán)隊(duì)在不同濃度葡萄糖的培養(yǎng)基中培養(yǎng)耐藥性瘧原蟲，分別給予該抑制劑，并進(jìn)行梯度劑量測試。結(jié)果證實(shí)，該抑制劑可有效阻斷PfHT1攝入葡萄糖，瘧原蟲因無法利用葡萄糖產(chǎn)生能量而死亡。該抑制劑與青蒿素一樣迅速有效，且?guī)缀鯖]有對(duì)人類細(xì)胞產(chǎn)生副作用。

二、為新一代抗瘧藥物奠定基礎(chǔ)

上世紀(jì)七十年代，屠呦呦等中國科技工作者從黃花蒿中成功提取出抗瘧效果良好的青蒿素化合物。至今以青蒿素為基礎(chǔ)的藥物聯(lián)用療法（Artemisinin-based combination therapy，ACT）仍舊是治療惡性和重癥瘧疾的一線療法，對(duì)全球的抗瘧工作起到了突出貢獻(xiàn)，屠呦呦也因此獲得2015年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。然而由于耐藥性瘧原蟲的產(chǎn)生，ACT療法已先后在東南亞和非洲地區(qū)出現(xiàn)了治療失敗的病例，開發(fā)新型抗瘧藥物已成為亟需解決的重要科學(xué)和公共衛(wèi)生問題。

清華大學(xué)藥學(xué)院院長、全球健康藥物研發(fā)中心（GHDDI）主任丁勝表示， “隨著近幾年瘧疾在中國的銷聲匿跡，這一曾經(jīng)深深困擾國人的疾病逐漸淡出大眾的視野。然而，在撒哈拉以南的非洲仍有數(shù)百萬人深受其害。耐藥瘧原蟲的出現(xiàn)、治療藥物的失效，也不斷警醒著我們——抗瘧新藥研發(fā)工作刻不容緩。如今，顏寧、尹航等多個(gè)團(tuán)隊(duì)通過緊密合作，協(xié)同海內(nèi)外多位科學(xué)家，通過抑制瘧原蟲對(duì)葡萄糖的攝取 “餓死瘧原蟲”，并創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)有效及安全的抑制劑，代表著一種新型抗瘧藥物研發(fā)思路?！?/p>

與此同時(shí)，生物領(lǐng)域預(yù)印本平臺(tái)bioRxiv上發(fā)表了該合作團(tuán)隊(duì)題為《靶向PfHT1蛋白正構(gòu)-別構(gòu)雙位點(diǎn)的選擇性抗瘧藥物開發(fā)》（Orthosteric-allosteric dual inhibitors of PfHT1 as selective anti-malarial agents）的研究成果。該文章進(jìn)一步詳細(xì)闡明了新一代小分子抑制劑系列的設(shè)計(jì)思路和構(gòu)效關(guān)系，并通過一系列的原蟲抑制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系列小分子抑制劑的高殺傷性、低細(xì)胞毒性以及針對(duì)原蟲多個(gè)繁殖周期都具有良好抑制效果的多周期性。

中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)饒子和教授表示：“研究團(tuán)隊(duì)以阻斷瘧原蟲能源攝取為新手段開發(fā)的新一代化合物有望解決日趨嚴(yán)重的瘧疾耐藥性問題；同時(shí)靶向膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的正構(gòu)及別構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)的抑制劑設(shè)計(jì)思路非常具有創(chuàng)造性，也為其他藥物理性設(shè)計(jì)提供了參考。”

綜上，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)瘧疾耐藥性不斷增加的現(xiàn)狀，通過對(duì)底物或抑制劑結(jié)合狀態(tài)下的PfHT1蛋白結(jié)構(gòu)解析，鑒定了新的藥物結(jié)合位點(diǎn)并設(shè)計(jì)出一系列高效的“正構(gòu)-別構(gòu)”雙位點(diǎn)抑制劑。通過抑制瘧原蟲對(duì)葡萄糖的攝取，從而“餓死瘧原蟲”，這代表著一種新型抗瘧藥物研發(fā)方向的出現(xiàn)，為下一代抗瘧藥物的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

文章的共同通訊作者為原清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、現(xiàn)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系教授顏寧和清華大學(xué)藥學(xué)院教授尹航，共同第一作者為現(xiàn)已畢業(yè)的清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士蔣鑫、清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后袁亞飛、清華大學(xué)化學(xué)系2016級(jí)博士生黃健與清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2017級(jí)博士生張碩。

本研究歷時(shí)多年，在此過程中經(jīng)費(fèi)來源于清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、生物聯(lián)合中心、膜生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家自然科學(xué)基金與北京高校卓越青年科學(xué)家計(jì)劃項(xiàng)目的支持。實(shí)驗(yàn)得到全球健康藥物研發(fā)中心（GHDDI）瘧疾項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)、日本SPring-8同步輻射中心、上海同步輻射光源（SSRF）、以及清華大學(xué)蛋白質(zhì)研究技術(shù)中心X射線晶體學(xué)平臺(tái)以及清華大學(xué)藥學(xué)技術(shù)中心的支持。

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