看得见的结合: 5-HT转运体结构与SSRI的作用机制 | 来点评
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本期《来点评》，我们邀请到了北京大学第六医院 宋煜青主任及北京回龙观医院 尚兰主任，针对一项揭示人源5-HT转运体X射线晶体衍射蛋白结构与SSRI作用机制的研究进行点评。
5-HT转运体（SERT）是一种对5-HT具有高度亲和力的跨膜转运蛋白，广泛存在于大脑边缘系统、胃肠道嗜铬细胞膜、肥大细胞和5-HT能神经突触前膜上，是神经末梢突触前膜的组成成分。它从神经突触间隙中重新摄取5-HT进入突触前神经元，从而调节突触间隙5-HT的浓度及一系列生命过程，如消化、体温、内分泌、生殖、睡眠、情绪、认知、疼痛、饥饿和攻击行为等。
上世纪六十年代，研究者发现，5-HT在神经末梢的再摄取被三环类抗抑郁药丙米嗪所抑制，其机制类似于去甲肾上腺素的再摄取方式。上世纪九十年代，氟西汀作为选择性5-HT再摄取抑制剂（SSRIs）被引入抑郁症治疗领域，而SERT基因也被成功克隆，证实SERT是SSRIs类抗抑郁药的作用靶点。
此后，虽然有学者在细菌和果蝇体内对神经递质钠转运体（NSS）家族（包括5-HT转运体、多巴胺转运体及去甲肾上腺素转运体）的结构进行了探索，也得出了一些非常有价值的结论，但始终未能阐明NSSs显著药理学特性的结构决定因素，以及人源SERT的变构机制和重要的结构特点。为弥补这一缺憾，来自美国俄勒冈健康与科学大学的研究人员利用X射线晶体衍射分析技术为我们揭示了SERT的三维结构图，并探讨了SSRI类抗抑郁药艾司西酞普兰和帕罗西汀分别与SERT的相互作用特点。该研究发表于权威学术期刊Nature。
本研究在3.15 Å分辨率下，展示了人类SERT与抗抑郁药-艾司西酞普兰或帕罗西汀结合的X射线晶体衍射结构，并表明SSRI会占据SERT跨膜螺旋1,3,6,8和10之间的中央位点，使其保持一种向胞外开放的构象，从而直接阻断5-HT结合（图1）。
图1 人源SERT结构（Coleman J A et al,. 2016）
a）从与细胞膜平行的角度观察SERT的结构，位于SERT中心位点与变构位点的艾司西酞普兰分子分别如深绿色和蓝色的棒状图所示；b）从细胞膜外侧观察SERT的结构
SSRI-SERT复合体的变构位点位于细胞外前庭内的中央位点的上方，介于细胞外环4和6以及跨膜螺旋1、6、10和11之间。变构位点的占用会从空间上阻碍配体从中央位点的流出，这也解释了艾司西酞普兰为何可作为变构配体发挥作用（图2），进一步加强对SERT的抑制功能。
图2 SERT变构位点的位置（a,b）及艾司西酞普兰作为变构配体的作用机制（c,d）（central，中央位点；allosteric，变构位点）
虽然艾司西酞普兰与帕罗西汀均结合于SERT的中央位点，但二者分子的氟苯基团结合于SERT的子位点却有所不同。另外，二者分子上的胺基团与SERT之间的距离亦有差别，这可能是二者与SERT亲和力不同的原因（图3）。因此，SSRI与SERT的整个中央位点的广泛相互作用在很大程度上决定了SSRIs的选择性。
图3 a）艾司西酞普兰分子（深绿色结构）与SERT中央位点的相互作用；b）帕罗西汀分子（粉色结构）与SERT中央位点的相互作用
综上所述，本研究通过X射线晶体衍射方法，首次解析了人源SERT的蛋白结构，使用艾司西酞普兰进行蛋白功能验证时，发现艾司西酞普兰能够结合中央位点与变构位点，进一步加强了对SERT的抑制功能。此研究为理解抗抑郁药如何发挥功能提供了清晰的生物学证据，并为日后的药物设计提供了更为科学的参考依据。
文献索引：Coleman J A, Green E M, Eric G. X-ray structures and mechanism of the human serotonin transporter:[J]. Nature, 2016, 532(7599):334-339.
（专家按姓氏笔画排序，排名不分先后）
5-HT转运体（SERT）主要与5-HT高度亲和，可以从神经细胞突触间隙中重新摄取5-HT，再回收进入突触前神经细胞胞体内。基于单胺假说研发的新型抗抑郁药物——选择性5-HT再摄取抑制剂（SSRIs）的主要作用机制即为阻断SERT功能，抑制5-HT再回收到突触前神经细胞内。
对于临床而言，本项研究所提供的一个重要信息在于，艾司西酞普兰或帕罗西汀均可占据SERT的中央位点，从而直接阻断5-HT的结合。然而，两者分子的氟苯基团结合于SERT的子位点却有所不同，胺基团与SERT之间的距离亦有差异。这可能是两者与SERT亲和力及临床效果存在差异的分子学基础，解释了艾司西酞普兰更广泛、更强的SERT抑制功能，以及相对较小的副作用。
选择性五羟色胺（5-HT）再摄取抑制剂（SSRIs）主要通过抑制突触前膜上的5-HT转运体（SERT）抑制突触间隙5-HT的再摄取，增加突触间隙5-HT浓度，提高5-HT的生理效应。SERT是抗抑郁、抗焦虑等治疗药物的重要靶标，因此从某种程度上来说，SSRIs对SERT抑制作用的强弱与其抗抑郁作用强度密切相关。
本研究利用X射线晶体衍射分析技术为我们提示了SERT的结构图，并探讨了SSRI类抗抑郁药艾司西酞普兰和帕罗西汀分别与SERT的相互作用特点。结果显示，相比帕罗西汀，艾司西酞普兰能够结合SERT中央位点与变构位点，从而进一步加强对SERT的抑制功能，这为其独特的治疗优势提供了生物学的证据。国内外有关临床研究也发现，艾司西酞普兰、帕罗西汀（作为阳性对照）及安慰剂对照治疗伴焦虑症状的抑郁症患者，艾司西酞普兰拥有更为良好的治疗效果。
本研究中SERT结构及SSRI类抗抑郁药作用位点的发现，对抑郁症治疗选择用药及推测其抗抑郁疗效提供了参考依据。
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