人源SGLT2-MAPI7复合物多构象高分辨率结构揭示葡萄糖转运的分子机制

本研究通过冷冻电镜技术解析了人源钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)与辅助蛋白MAPI7复合物在闭塞态、内向开放态等不同构象的高分辨率结构，揭示了4FDG底物识别、钠离子结合位点调控及钾离子促进底物释放的分子机制，为理解SGLT家族转运机理及糖尿病药物开发提供了重要结构基础。

　　

在糖尿病治疗领域，钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)抑制剂已成为革命性药物，但其分子作用机制仍存在诸多未解之谜。长期以来，科学家们对SGLT2如何精确识别葡萄糖、如何通过构象变化完成跨膜转运等关键问题缺乏直观认识。这些知识盲区严重制约了更高效、更特异性药物的开发。

中国研究人员通过冷冻电镜技术成功捕获了hSGLT2-MAPI7复合物在三种功能状态下的高分辨率结构：底物结合的闭塞态(hSGLT2_So)、内向开放态(hSGLT2_Si)以及无底物的钠/钾离子结合态。研究首次完整描绘了4-氟脱氧葡萄糖(4FDG)与SGLT2的氢键识别网络，发现S287与4-CF基团的特异性相互作用是SGLT1/2选择性转运4FDG的关键。通过比较结构分析，团队阐明了TM0、TM4、TM9等跨膜螺旋的协同旋转（最大达13.7°）如何驱动外门关闭，并鉴定出Q451-T87、D454-Y526等维持闭塞态稳定的关键极性相互作用。

技术方法上，研究采用HEK293F表达系统制备hSGLT2_GFP-MAPI7_GST复合物，通过纳米抗体Fab90稳定化处理，使用石墨烯氧化物载网优化冷冻样品制备。利用K3探测器收集超分辨率数据，经多轮3D分类获得2.45?分辨率结构，并通过3DFSC分析验证构象异质性。

结构过渡机制

比较empagliflozin结合的外向开放态(7VSI)与闭塞态结构发现，TM0-TM10的协同位移导致外门关闭，其中TM4旋转13.7°最为显著。突变验证显示S362A、N363A等突变体转运活性下降50%以上，证实这些残基对构象稳定至关重要。

底物识别特征

2.45?分辨率结构清晰显示Na⁺结合位点与4FDG的相互作用：Na2位点与I76、S393等形成八面体配位，而4FDG的C1-OH指向新发现的相邻空腔，解释了SGLT2对1-NBD-glucose等修饰底物的转运能力。

钾离子调控效应

在3.16?的hSGLT2_K结构中，TM1a-TM6b的流动性显著增强，胞内区扩张达11.6°，这种构象松动可能促进底物向胞质释放。与神经递质转运体不同，未观察到钾离子直接结合Na1位点，暗示其通过长程效应调控转运循环。

该研究首次提供了SGLT2转运循环的连续构象快照，阐明从外向开放态→闭塞态→内向开放态的逐步变构路径。特别重要的是，发现钠离子解离先于底物释放的时序特征，以及钾离子通过增强胞内区流动性促进底物释放的新机制。这些发现不仅深化了对SGLT家族转运原理的理解，更为设计靶向特定构象状态的下一代糖尿病药物提供了精准结构模板。论文中揭示的4FDG识别空腔和门控残基，为开发修饰型葡萄糖类似物诊疗剂开辟了新途径。