我国科学家破解胆汁酸转运蛋白结构之谜 为肝胆疾病治疗提供新靶点

问题:胆汁酸是机体消化吸收与代谢调控的重要分子,既参与脂类消化,也与胆固醇代谢、肠道微生态平衡及多类代谢性疾病进程密切相关。

胆汁酸在体内并非“一次性使用”,而是依托“肝肠循环”高效往返:肝脏合成后经胆汁进入肠道,完成消化功能后在回肠被重吸收,随后经门静脉回到肝脏再利用。

循环链条上,负责“把胆汁酸从肠细胞运出并送入门静脉血液”的关键一环,长期缺乏足够清晰的结构与机制解释,成为限制相关基础研究与药物干预策略优化的瓶颈之一。

原因:从科学挑战看,膜转运蛋白普遍具有疏水性强、稳定性差、动态构象多等特点,往往难以获得可用于解析机制的高质量样品与精细结构信息。

OSTα/β属于由α、β两个亚基组成的异源复合体,其组装方式及工作状态更为复杂。

过去研究更多停留在功能层面的间接证据,缺乏高分辨率“可视化证据链”,导致对其如何识别底物、如何在膜两侧实现双向转运、以及亚基间如何协同等关键问题难以形成统一解释。

影响:此次由中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心姜道华团队联合北京大学雷晓光团队等多家单位完成的研究,借助冷冻电镜等手段,重构出OSTα/β高分辨率结构,首次揭示其新颖的组装方式与转运机制,为理解胆汁酸肝肠循环中的“出肠入血”通道提供了直接结构依据。

更重要的是,OSTα/β不仅转运胆汁酸,还可双向转运胆汁酸与固醇类物质,这意味着该机制的阐明不仅关乎消化吸收,还可能牵动更广泛的代谢网络。

结构与机制一旦明确,后续无论是解释遗传变异导致的转运障碍,还是评估药物分子对转运通道的影响,都将拥有更可靠的参照框架,有助于从“经验试探”走向“机理驱动”的研究路径。

对策:面向后续应用与基础拓展,业内普遍关注三方面工作。

一是将结构发现与生理功能进一步耦合,在细胞、动物乃至临床样本层面验证关键结构特征与转运效率、底物选择性之间的对应关系,形成从分子到系统的闭环证据。

二是围绕“可调控位点”开展更精细的机制研究,例如解析不同底物或不同环境条件下的构象变化,明确双向转运的动力学与能量学基础,为药物筛选与副作用评估提供可量化指标。

三是推动跨学科协同与平台化建设,综合利用结构生物学、膜蛋白生化、计算模拟与药理学等手段,提高从结构解析到功能验证再到干预策略设计的整体效率。

前景:胆汁酸相关通路已成为代谢研究和新药研发的重要方向之一。

随着高分辨率结构的获得,未来有望在三条路径上加速推进:其一,深化对肝肠循环关键环节的系统认知,为解释代谢紊乱、胆汁淤积及相关疾病提供新的分子线索;其二,为针对转运环节的药物设计与优化提供“结构模板”,提升靶向性与安全性评估水平;其三,推动我国在膜蛋白结构解析与机制研究领域形成更强的原创供给能力,增强从基础发现到潜在转化的持续产出。

相关成果在线发表于《自然》,也体现了我国科研团队在高端科学仪器应用、复杂体系样品制备与结构解析方法学上的综合进步。

从细胞膜上的一个蛋白分子,到生命体内物质转运的宏观规律,这项研究再次证明了基础科学研究的深远意义。

OSTα/β结构的揭示不仅是一次科学认识的深化,更是人类向生命奥秘迈进的一步。

随着越来越多的生物大分子结构被逐一破解,我们对生命本质的理解将不断完善,这些知识积累最终将转化为造福人类健康的实际应用。

这也启示我们,坚持不懈地投入基础研究,才能为国家的科技进步和经济社会发展提供源源不断的动力。