藏在身体里的 “代谢开关”！上交大团队在 Nature 解开它的结构密码

2026-04-23 14:03:30, T仔 TargetMol中国

你知道吗？我们体内 95% 的胆汁酸都要通过肠肝循环完成重吸收，而Ostα/β就是这个循环中 “胆汁酸外排” 的关键 “搬运工”。这个蛋白一旦 “罢工” 或 “出错”，就可能引发胆汁淤积性肝病、先天性腹泻等代谢问题。但长期以来，这个关键 “搬运工” 长什么样、如何完成转运、为何不依赖钠离子，一直是科学界的未解之谜。

2026年1月，来自上海交通大学医学院附属瑞金医院的徐华强和上海交通大学医学院附属仁济医院的马雄所带领的科研团队在 Nature 发表题为 "Structures of Ostα/β reveal a unique fold and bile acid transport mechanism" 的研究型论文，团队利用冷冻电镜技术解析了人源 Ostα/β apo 态与底物结合态的 2.6-3.1 Å 高分辨率结构，首次揭示其异二聚体四聚体的组装形式、全新七次跨膜折叠方式，以及脂质依赖的双位点转运机制，不仅定义了全新的膜转运蛋白类别，更为代谢疾病的机制解析与靶向研发提供了全新结构基础。

核心结构特征

研究发现，Ostα/β 并非简单的异二聚体，而是形成C2 对称的异二聚体四聚体（二聚体的二聚体），所有解析结构均呈内向构象，这与已知的胆汁酸转运体（如 NTCP、ASBT）的单体 / 同源二聚体组装形式截然不同。

更关键的是，Ostα 展现出从未被报道的七次跨膜桶状折叠，与视紫红质的 GPCR 折叠仅有表面相似性，而 Ostβ 的单次跨膜螺旋紧邻 Ostα 的跨膜区形成核心结构，这一独特的折叠方式让 Ostα/β 成为全新膜转运蛋白类别的代表。同时，蛋白还拥有延伸约 19 Å 的胞外 N 端帽、胞内两亲性螺旋，以及富含 7 个棕榈酰化半胱氨酸的独特基序，为其功能发挥奠定结构基础。

人源 Ostα/β 异二聚体二聚体的整体结构与功能验证

底物识别与结合特异性

研究人员通过阐明 Ostα/β 如何选择性结合底物，明确结合位点、关键残基、底物偏好性，揭示其特异性识别的分子基础。

核心结合位点：TM5 和 TM6 在胞内膜界面形成侧向开放的底物结合槽（胞内高亲和力位点），由棕榈酰化半胱氨酸富集基序屏蔽形成疏水微环境，既便于底物从膜侧向进入，又保证结合特异性，与 NTCP、ASBT 的埋藏式结合位点形成显著差异。
关键结合残基：带正电的R241、R244与底物的磺酸基形成特异性静电相互作用，Q260与 TLCA 形成额外氢键；这三个残基突变会显著降低甚至丧失转运活性，是底物结合的核心位点。
底物偏好性：通过静电互补实现选择性结合，优先识别带负电的两亲性底物（如 TLCA Kₘ=23.9 μM、DHEAS Kₘ=1.5 μM）；中性胆固醇仅低亲和力结合结合槽，TCA 因亲和力过低（Kₘ>350 μM）无法稳定结合。
棕榈酰化的直接作用：棕榈酰化的 C160、C162 直接参与配体与结合槽的相互作用，C161 与 W234 形成阴离子 -π 相互作用，稳定结合槽构象，保证底物高效结合。

Ostα/β 的底物结合槽与关键结合残基验证

转运机制与功能特征

研究人员通过分别揭示 Ostα/β 的转运通路、动态过程、功能特征，阐明钠非依赖性转运的分子基础。

独特转运通路：存在双底物结合位点 + 亲水通道的转运通路 —— 胞内高亲和力侧向结合槽（稳定结合底物）、胞外溶剂可及隧道的瞬时结合位点（低亲和力，临时结合），二者由一条亲水隧道连接，为 “手递手” 转运提供结构基础。
亲水隧道特征：胞外亲水隧道由 P209、E16 形成 3.2 Å 狭窄瓶颈，内表面高度亲水且带正电（K191），仅允许底物的带电尾部进入，疏水甾醇环留在膜相，既保证转运效率，又维持细胞膜屏障。
“侧向进入” 动态转运模式：底物遵循膜侧向进入→胞内结合槽结合→带电尾部进入亲水隧道→隧道瓶颈扩张→胞外瞬时位点结合→释放到胞外的步骤完成转运，分子动力学模拟成功捕捉该过程，验证了模式的合理性。
电压敏感的双向转运功能：电生理实验证实，Ostα/β 为电化学梯度驱动的电压敏感双向转运体—— 去极化电位下介导底物内流（外向电流），超极化电位下介导胞内底物外排（内向电流），电流幅度与底物浓度正相关；该特征解释了其在体内的核心功能 —— 利用上皮细胞膜电化学梯度，实现胆汁酸的定向外排。

Ostα/β 胞外的溶剂可及隧道与转运通路验证

组装与调控规律

研究人员通过阐明 Ostα/β异二聚体形成、四聚体稳定、功能调控的分子规律三点，明确脂质修饰、蛋白 - 蛋白 / 脂质相互作用的核心作用。

异二聚体（Ostα-Ostβ）组装：依赖双区域相互作用—— 胞外区通过疏水核心 + 氢键 / 静电作用实现结构结合，跨膜区以疏水接触为主，辅以氢键微调功能；Ostβ 作为结构支架和潜在变构调节因子，是 Ostα 膜定位和功能发挥的必要条件（单独 Ostα 无转运活性）。
四聚体稳定机制：由脂质 - 蛋白相互作用和蛋白 - 蛋白相互作用共同维持 ——PE 样脂质在 Ostα-Ostα′界面形成稳定层，胆固醇分布于异二聚体界面，中和正电荷、锚定四聚体；胞外氢键和跨膜疏水作用进一步巩固组装，保证四聚体的结构完整性和协同转运功能。

介导 Ostα/β 异二聚体形成与四聚体稳定的关键相互作用

研究团队使用了 TargetMol 提供的2 - 溴棕榈酸（2-Bromopalmitate，2-BP），开展 Ostα/β 棕榈酰化修饰的功能验证实验。证实了棕榈酰化对 Ostα/β 具有双重调控功能，既是底物识别和结合槽构象稳定的关键，也是蛋白胞内运输和膜定位的必要条件；棕榈酰化被抑制或相关基序突变，会导致蛋白滞留胞内，同时丧失底物结合能力。