揭示人牛磺酸转运蛋白TauT的分子机制：结构解析与抑制剂设计新突破

本研究针对牛磺酸转运蛋白TauT在生理病理中的关键作用，通过冷冻电镜技术解析了11种TauT复合物结构，首次阐明其底物识别与抑制剂结合的分子机制。研究人员发现Leu134和Glu406残基决定GABA亚家族底物特异性，并揭示P4S等抑制剂通过稳定内向开放构象阻断转运的分子基础，为开发靶向TauT的抗癌药物提供了结构模板。

　　

牛磺酸作为哺乳动物体内最丰富的氨基酸之一，在神经发育、视网膜保护、免疫调节等生理过程中扮演关键角色。然而其转运载体TauT（牛磺酸转运蛋白）的结构与分子机制长期未明，导致相关药物开发停滞不前。更棘手的是，TauT功能异常与男性不育、视网膜病变乃至多种癌症密切相关——例如在胃癌微环境中，TauT过表达会耗竭牛磺酸诱发T细胞衰竭。这些临床问题亟需从分子层面破解TauT的工作机制。

南方科技大学的研究团队在《Nature Communications》发表重磅研究，通过冷冻电镜技术成功捕获TauT的11种功能状态结构，包括底物结合、中间态和抑制剂稳定构象，首次完整揭示了该转运蛋白的分子机制。这项研究不仅阐明了TauT识别底物的精确位点，还发现GABA亚家族成员底物选择性的关键决定因素，更鉴定出多种抑制剂的作用靶点，为开发靶向TauT的精准药物奠定了结构基础。

关键技术方法包括：1）采用表位转移策略构建TauT^TM嵌合体提升冷冻电镜成像质量；2）通过哺乳动物细胞表达系统获得全长蛋白；3）利用DDM/CHS去垢剂体系优化蛋白纯化；4）采用单颗粒冷冻电镜技术解析2.8-3.5 ?分辨率结构；5）结合显微尺度热泳动（MST）和放射性同位素摄取实验验证功能。

研究结果

表位转移促进TauT结构解析

通过将dDAT表位移植至TauT构建TauT^TM嵌合体，成功解决小膜蛋白成像难题。功能验证显示TauT^TM保持野生型结合特性，其[³H]牛磺酸摄取活性为后续结构研究奠定基础。

TauT的底物结合特征

在occluded（闭塞）构象中，牛磺酸的磺酸基与Na⁺1位点及Gly57/Phe58相互作用，氨基与Phe300主链羰基结合。关键残基Tyr138和Ser402的突变完全丧失转运活性，证实其作为"分子扳手"的核心作用。

底物类似物的结合模式

β-丙氨酸（β-Ala）通过羧基与Na⁺1位点结合，但其氨基转向与Glu406作用；而GABA和GAA（胍基乙酸）诱导TM1a构象变化，使蛋白呈现中间态。特别发现Leu134Cys突变显著增强GAA转运，揭示底物选择性的结构基础。

构象变化的比较分析

从occluded到inward-open（内向开放）构象的转变中，TM1a解螺旋导致Na⁺2位点解体，而N端Arg41与TM6/TM8的互作是维持occluded状态的关键。胞外门控由Arg66-Phe300阳离子-π相互作用网络稳定。

抑制剂识别机制

发现GES（胍乙基磺酸盐）通过模拟牛磺酸结合稳定occluded构象，而P4S（哌啶-4-磺酸）等5种化合物则迫使蛋白进入inward-open状态。特别值得注意的是，Htau（高牛磺酸）的延长碳链诱发TM8位移，为设计变构抑制剂提供新思路。

这项研究首次绘制出TauT完整的工作周期构象图谱，阐明其底物转运的"交替门控"机制。结构分析显示，GABA亚家族成员间的底物特异性差异主要取决于Leu134和Glu406的侧链体积——减小侧链可扩大结合腔容纳更大底物。更关键的是，研究破解了六类抑制剂的作用模式：其中GES通过"分子拟态"竞争结合位点，而P4S等则通过"构象锁定"阻断转运循环。这些发现不仅为理解SLC6家族转运机制提供范式，更为开发治疗男性不育、视网膜病变和TauT相关癌症的靶向药物指明方向。特别是针对胃癌微环境中TauT介导的T细胞耗竭，该研究提出的构象调控策略可能成为免疫治疗新突破口。