疟原虫氯喹抗性转运蛋白PfCRT功能冲突的分子机制：氯喹与多肽转运的竞争性互作

《Nature Communications》：

《自然·通讯》推荐语：疟原虫氯喹抗性转运蛋白（PfCRT）介导的药物外排与营养摄取功能冲突是疟疾治疗的重要科学问题。澳大利亚国立大学Ben Corry团队通过130微秒分子动力学模拟，解析了K76T突变如何重构PfCRT空腔电荷分布，揭示氯喹结合位点与多肽锚定位点的空间竞争机制，为靶向抗疟药物设计提供结构基础。

　　

疟疾至今仍是全球重大公共卫生威胁，2022年全球仍有2.49亿病例和60.8万死亡。尽管氯喹（CQ）曾因高效价廉成为一线抗疟药，但疟原虫通过氯喹抗性转运蛋白（Plasmodium falciparum chloroquine resistance transporter, PfCRT）的突变进化出耐药性，其中K76T突变是核心标志。然而这种获得性突变导致寄生虫付出适应性代价——PfCRT丧失天然的多肽转运功能，引发消化泡（digestive vacuole, DV）渗透压失衡。这种功能冲突的分子机制长期未明，制约着抗疟策略的优化。

澳大利亚国立大学John D. Tanner、Sashika N. Richards和Ben Corry团队在《自然·通讯》发表研究，通过130微秒分子动力学模拟，对比分析了氯喹敏感型（3D7）与耐药型（Dd2）PfCRT异构体与氯喹及多肽底物（DPVN、PENF、PVNF）的互作模式。研究采用全原子分子动力学模拟技术，基于7G8-PfCRT冷冻电镜结构构建突变体，在包含胆固醇和磷脂酰丝氨酸（POPS）的膜环境中进行自由能面计算与结合位点聚类分析。

氯喹空腔可及性重现PfCRT异构体功能差异
自由能面分析显示，Dd2-PfCRT空腔存在-3 kJ/mol的氯喹结合能阱，而3D7-PfCRT因K76空间位阻无稳定结合位点。Dd2-76K回补突变虽保留部分路径可及性，但中心结合位点消失，印证K76T是氯喹外排的必要条件。

3D7与Dd2异构体的氯喹结合位点分异
3D7-PfCRT中氯喹结合于跨膜螺旋9-10环区，通过Val370氢键和Arg371阳离子-π作用稳定；Dd2-PfCRT中氯喹深入空腔，与Glu198形成-180 kJ/mol强静电作用，Pro354提供疏水支撑。去质子化实验证实Glu198对结合的关键作用。

突变协同调控结合路径
Q271E突变使路径2自由能升高50 kJ/mol，R371I则削弱3D7中Arg371的阳离子-π稳定作用，二者与K76T协同重构空腔电荷环境。

多肽转运的电荷依赖性
3D7-PfCRT中，Lys76作为"电荷锚点"通过氢键/静电作用支持多肽多样结合模式（DPVN三结合位点，PVNF单一位点）。Dd2突变使空腔负电增强，中性PVNF保留60%空腔占有率，而带负电的DPVN/PENF可及性骤降80%，与转运实验一致。

该研究首次在原子尺度阐明PfCRT多底物识别的多特异性机制：3D7-PfCRT通过Lys76为核心的电荷-疏水网络实现多肽广谱识别，而耐药突变通过电荷重构将底物偏好转向阳离子药物。这一发现不仅解释了氯喹耐药与营养缺陷的进化权衡，更为靶向PfCRT空腔关键残基（Lys76/Lys80/His97）的抗疟抑制剂设计提供理论依据。研究者建议未来开发同时靶向肽结合核心与药物路径的双功能分子，以规避寄生虫通过突变（如Cam734株的A144F/L148I）恢复适应性的风险。冷冻电镜捕获不同构象状态及恒定pH分子动力学模拟将是揭示完整转运循环的下一步方向。