中枢神经系统中，谷氨酸（Glutamate）是含量最高、分布最广的兴奋性神经递质，通过激活突触后膜谷氨酸受体，参与大脑的学习和记忆等功能。突触间隙中兴奋性谷氨酸水平必须受到严格调节，以避免谷氨酸受体过度刺激导致的谷氨酸兴奋性*性。表达于星形胶质细胞质膜上的兴奋性谷氨酸转运蛋白2（hEAAT2）利用转运离子的跨膜电化学梯度和膜电位为驱动力，将突触间隙中约90%谷氨酸转运到细胞中进行清除。hEAAT2属于SLC1A家族蛋白，具有谷氨酸转运和介导阴离子电导的双重功能。该蛋白功能失调或障碍时，可导致癫痫、帕金森病、发作性共济失调和肌萎缩侧索硬化症等多种神经系统疾病，是重要的药物治疗靶标。目前，尚无以此类蛋白（EAATs）为治疗靶标的药品上市。因此，对hEAAT2蛋白配体结合模式的阐释，将对治疗hEAAT2相关神经系统疾病具有重要意义。
6月9日，中国科学院生物物理研究所赵岩课题组、东北农业大学生命科学学院姜巨全课题组与北京大学药学院*卓课题组合作，在NatureCommunications上，发表了题为StructuralbasisofligandbindingmodesofhumanEAAT2的研究论文。该研究报道了两个分辨率均为3.4的hEAAT2结合天然底物Glutamate（hEAAT2Glu）或抑制剂WAY-（hEAAT2W）的复合物结构（图1），阐明了hEAAT2配体结合的结构基础。研究结合电生理技术，验证了氨基酸残基SHP2对Glutamate和抑制剂结合具有重要作用；鉴定出I-L-V残基簇是抑制剂WAY-高选择性结合hEAAT2的结构基础。
在hEAAT2Glu结构中，Glutamate与其周围广泛而保守残基参形成极性相互作用，其中包含残基DTM8和RTM8（图2a）。同时，蛋白HP2通过特异性残基SHP2和SHP2与其他结构元件形成氢键，起到维持HP2关闭进而稳定Glutamate结合的作用。电生理实验结果证明，氨基酸残基DTM8和RTM8突变后突变体保留通道活性，但丧失Glutamate结合能力（图2b）。当hEAAT2上特异的氨基酸残基SHP2突变为同源蛋白保守的甘氨酸残基后，突变体对Glutamate亲和力比野生型提高了77倍（图2c），推测该突变破坏了残基维持HP2关闭的相互作用，从而促进Glutamate释放，加速Glutamate转运循环，致使hEAAT2偏向具有更高通道开放概率。
在hEAAT2W复合物结构中，抑制剂WAY-通过极性或疏水相互作用（图2d），占据谷氨酸相似的结合位点。氨基酸残基DTM8、RTM8和SHP2与抑制剂形成极性或阳离子-π键相互作用稳定抑制剂结合（图2b、2d）。同时，I-L-V残基簇对于WAY-高选择性、高亲和力结合hEAAT2颇为关键。电生理实验证明，这些关键氨基酸的突变都显著的降低WAY-对hEAAT2的抑制作用（图2e-f）。这些结构信息阐明了hEAAT2的配体结合模式，为未来药物的设计和开发奠定了结构基础。
研究工作得到国家脑科学与类脑智能技术项目、中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、生物物理所生物大分子国家实验室开放课题等的支持。生物物理所生物成像中心为本研究提供了设备和技术支持。
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图1.hEAAT2蛋白功能表征和整体结构。（a）野生型hEAAT2阴离子电流的Glutamate浓度依赖的激活曲线；（b）野生型hEAAT2阴离子电流的WAY-浓度依赖的抑制曲线；（c）hEAAT2三聚体细胞质侧视图。
图2.hEAAT2蛋白配体结合位点及关键氨基酸残基功能验证。（a）hEAAT2Glu结构中参与Glutamate结合残基；（b）突变体DATM8、RATM8和SGHP2阴离子电流的WAY-浓度依赖的抑制曲线；（c）突变体SGHP2阴离子电流的Glutamate浓度依赖的激活曲线；（d）hEAAT2W结构中参与WAY-结合残基；（e）突变体（IVTM8、LITM8和VITM8）阴离子电流的Glutamate浓度依赖的激活曲线；（f）突变体（IVTM8、LITM8和VITM8）阴离子电流的WAY-浓度依赖的抑制曲线。
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