2025年1月15日，云南大學(xué)生命科學(xué)中心陳慶鋒課題組聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)李保賓團隊和法國蒙彼利埃大學(xué) Jean-luc Battini 團隊在 Nature Communications 雜志發(fā)表題為“ Structural basis of phosphate export by human XPR1 ”的研究論文，報道了人源磷酸鹽（Pi）外排蛋白XPR1 兩種構(gòu)象下的高分辨冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并結(jié)合體外轉(zhuǎn)運實驗和計算生物學(xué)等手段，揭示了XPR1 向細胞外轉(zhuǎn)運Pi的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為未來進一步深入的機制研究和靶向該蛋白的藥物開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

磷在各種生物體內(nèi)都是必不可少的，對維持生命活動至關(guān)重要。在細胞水平上，Pi的攝取與外排是由特定的轉(zhuǎn)運蛋白來介導(dǎo)的，它們協(xié)同作用來維持細胞內(nèi)的Pi平衡；細胞內(nèi)Pi濃度失衡可引起一系列人類疾病，比如佝僂病、心血管疾病、骨軟化癥等。在脊椎動物中，SLC20 和 SLC34 等蛋白家族的成員負責(zé)將Pi攝入細胞內(nèi)。相比之下，參與細胞 Pi 外排的蛋白則知之甚少，XPR1 及其同源蛋白是目前唯一被報道參與 Pi 外排的蛋白。XPR1 功能異常與家族性腦鈣化（PFBC）、血栓等疾病相關(guān)，同時 XPR1 還可作為舌鱗狀細胞癌的診斷標(biāo)志物。XPR1由一個具有多個跨膜螺旋的跨膜結(jié)構(gòu)域和一個位于胞質(zhì)內(nèi)的SPX結(jié)構(gòu)域。有研究表明， SPX 結(jié)構(gòu)域能夠感知細胞內(nèi)肌醇焦磷酸（PP-InsP）水平，從而調(diào)節(jié)細胞對Pi的攝取、儲存和利用。除了單獨SPX結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)外，此前關(guān)于XPR1的結(jié)構(gòu)信息仍較少。同時，XPR1 是否為Pi外排蛋白以及其如何外排Pi，仍然懸而未決。

該研究解析了人源XPR1野生型（XPR1WT） 和PP-InsP結(jié)合位點突變體（XPR13mut） 的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了其同源二聚體的整體構(gòu)架。這些結(jié)構(gòu)的跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TMD）分辨率較高，而SPX結(jié)構(gòu)域則因其內(nèi)在柔性而幾乎完全不可見。在TMD中，每個單體有10個跨膜螺旋（TMs），其中TM1、TM3-4組成支架結(jié)構(gòu)域（scaffold domain），而（TM2、TM5-10）則組成核心結(jié)構(gòu)域（core domain），后者在結(jié)構(gòu)上與轉(zhuǎn)運離子的視紫紅素蛋白（rhodopsin）有著遠緣同源。

在核心結(jié)構(gòu)域中，各TM圍成一個桶狀結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)形成一個連續(xù)的離子轉(zhuǎn)運通路。在離子轉(zhuǎn)運通路的最窄處（通路中心靠近細胞內(nèi)側(cè)），形成了Pi的結(jié)合位點，從而將該通路分隔成胞內(nèi)前庭（IV）和胞外前庭（EV）兩部分。有研究表明，在PP-InsPs合成受阻的情況下，動物細胞中的 Pi 外排水平較低，表明 XPR1可能受PP-InsPs激活打開。與之相符的是，PP-InsP結(jié)合位點突變體XPR13mut 的EV處于閉合狀態(tài)，而XPR1WT的EV則處于開放狀態(tài)，主要是由TM9 和 W573 側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)變化來引起的。這些結(jié)構(gòu)研究的結(jié)果表明，XPR1的工作原理更接近于離子通道。

云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生何其先、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院副研究員張然、蒙彼利埃傳染病研究所Sandrine Tury為該論文的共同第一作者。陳慶鋒教授、李保賓研究員和Jean-luc Battini教授為共同通訊作者。該研究工作得到了中國國家科技創(chuàng)新2030重大項目、國家自然科學(xué)基金、the Fondation pour la Recherche Médicale、天津市杰出青年學(xué)者基金、云南省杰出青年學(xué)者基金、云南省興滇英才計劃、博士生服務(wù)產(chǎn)業(yè)科研創(chuàng)新培育項目、云南大學(xué)研究生創(chuàng)新項目等的資助。

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