Nature：揭秘常用降压药作用机制，冯亮团队破解关键转运蛋白结构
丁香学术
高血压是影响全球约三分之一成年人的常见慢性病，也是导致中风、缺血性心脏病、慢性肾病和其他心血管疾病的主要危险因素。每年，全球超过 1000 万人的死亡都与之有关。1957 年，氯塞嗪（chlorothiazide）问世，拉开了使用噻嗪类利尿剂治疗高血压的帷幕。现在，这类兼具疗效与安全性的口服降压药仍是治疗高血压的一线药物。
科学界已经知道，噻嗪类降压药的降压效果，是通过抑制钠氯协同转运蛋白（NCC）——一种能调控离子和酸碱平衡的关键蛋白——的功能来实现的。然而，该过程背后的分子机制仍不清楚。
近日，美国斯坦福大学医学院冯亮课题组在一篇发表于《自然》的研究论文中给出了答案。研究解析了人源 NCC 及其与噻嗪类降压药（NCC 抑制剂）的复合物的电镜结构，阐明了噻嗪类降压药抑制 NCC 转运功能的分子机制。这一结果为理解 NCC 的钠氯协同转运机制提供了重要见解，并为未来设计靶向 NCC 的降压药奠定了坚实的基础。
值得一提的是，这是继 3 年前冯亮实验室联合廖茂富实验室合作在《自然》发表了钠-钾-氯协同转运蛋白 NKCC1 的结构后，在阳离子-氯离子协同转运蛋白研究领域取得的又一项突破性进展。
肾脏可通过控制水钠的排出量来调节血压，而位于肾脏远曲小管的 NCC 则在这个调节过程中起着关键作用，它可以重吸收钠和氯，来精细调控离子和酸碱平衡。NCC 功能障碍可导致 Gitelman 综合症，其特征是低血压；相反，特征为高血压的假性低醛固酮症 II 型则与 NCC 活性过高有关。因此，NCC 一直是药物治疗肾脏和心血管疾病的重要靶标。
在最新研究中，研究人员利用冷冻电镜解析了 3.0 Å 分辨率的处于内向型构象的 NCC 结构，以及 2.8 Å分辨率的结合降压药聚噻嗪（polythiazide）的 NCC 处于外向型构象的结构。
▲人源 NCC 结构图（图片来源：冯亮课题组）
研究人员的 NCC 结构分析和功能实验暗示腺嘌呤核苷酸结合对 NCC 的功能起着重要作用，并且 N 端结构域和 C 端结构域的相互作用对于其功能有重要影响。
在 NCC 结构中，研究人员发现聚噻嗪结合在处于外向型构象的 NCC 的底物转运途径内。通过比较外向型和内向型构象的 NCC 结构，研究人员发现这两种状态之间的转变涉及 NCC 的胞外和胞内侧的协同构象变化。
研究者发现聚噻嗪可阻碍 NCC 从外向型构象转变为内向型构象，从而抑制其转运过程。此外，由于聚噻嗪与氯结合位点具有重叠性，聚噻嗪也会直接阻断氯结合。总之，聚噻嗪通过与底物结合竞争和阻碍构象状态转换来抑制 NCC 的功能。
综合而言，这项研究阐释了噻嗪类利尿剂的作用机理，对于进一步优化提高当前噻嗪类降压药的特异性以及药效具有重要的指导意义。此外，NCC 结构及其转运机制的阐明也为设计靶向 NCC 的下一代药物治疗方法奠定了基础。
文章共同第一作者为范敏锐、张建秀、Chien-Ling Lee 和张金儒。
参考资料：
[1] Fan, M., Zhang, J., Lee, CL. et al. Structure and thiazide inhibition mechanism of the human Na–Cl cotransporter. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05718-0
