Nature子刊 | 中国科学技术大学陈宇星/李琼/周丛照揭示血小板激动剂和拮抗剂跨膜转运的分子机理

人类血小板有助于止血和血栓形成，其失衡可导致心血管疾病。血小板的活化和积聚可由激动剂诱导或拮抗剂抑制。因此，能够转运血小板激动剂和拮抗剂的人类ABC转运蛋白ABCC4可能成为预防心血管疾病的一个有希望的靶点。

2023年6月19日，中国科学技术大学陈宇星、李琼及周丛照共同通讯在Nature Cardiovascular Research 在线发表了题为“Structural insights into human ABCC4-mediated transport of platelet agonist and antagonist”的研究论文，该研究解析了人类ABCC4蛋白无配基结合(apo form)、三种底物结合(激动剂TXA2的类似物U46619、拮抗剂阿司匹林和双嘧达莫)，以及同时结合U46619和ATP的三维结构。

结合生化实验，研究从结构上证明了不稳定激动剂TXA2的合成类似物U46619和拮抗剂阿司匹林是ABCC4的底物。此外，研究发现血小板拮抗剂双嘧达莫是ABCC4的强竞争性抑制剂。总之，通过这些复杂的结构，该研究能够识别ABCC4中的跨膜口袋，为合理设计特异性血小板拮抗剂提供了明确的空间。

最后，该杂志同期发表题为“Insights into platelet pharmacology from a cryo-EM structure of the ABCC4 transporter”的评论文章高度评价了该项工作，认为ABCC4转运蛋白的结构解析是揭示血小板底物转运进入致密体以及从血小板外排药物关键分子机制的重要第一步，同时为理解血小板相互作用和特异性血小板拮抗剂的设计奠定了基础。

ATP结合盒亚家族C共包含12个成员，所有成员都采用ABC外向转运蛋白的典型结构，具有两个核苷酸结合结构域(NBD)和两个6+6跨膜螺旋的跨膜结构域(TMDs)。除了ABCC7(囊性纤维化调节剂)和ABCC8/ABCC9(磺酰脲受体)外，ABCC转运体的9个成员ABCC1-ABCC6和ABCC10-ABCC12最初被发现，并被称为多药耐药蛋白(MRPs)，顺序命名为MRP1-MRP9。这些MRPs可以以ATP依赖的方式将各种药物挤出细胞，从而导致癌症化疗和抗病毒/细菌治疗的耐药。此外，它们还负责在各种细胞过程中转运广泛的生理底物，如cAMP、谷胱甘肽、白三烯C4 (LTC4)、胆汁酸和类固醇激素。

ABCC4/MRP4由位于人类基因组染色体13q32.1上的ABCC4基因编码，具有4个剪接变异体。同种异构体1(全长版本)是众所周知的典型ABCC4，而其他具有cDNA序列的同种异构体通常由于一些关键区域的截断或缺失而失去功能。先前的报道表明，ABCC4广泛表达于大多数人体组织，包括血小板、前列腺、心脏、肝脏和肠道。ABCC4首先被鉴定为ABCC1/MRP1和ABCC2/MRP2的同源物，并被证明可运输多种临床药物，特别是心血管、抗病毒、抗生素和细胞毒性药物。除了外源性底物外，ABCC4还能够将多种生理底物泵出各种组织的细胞。

据报道，ABCC4在人血小板中高表达，随后出现在血小板膜和致密颗粒上。体外实验证明，ABCC4可以运输血小板激动剂TXA2衍生的稳定代谢物血栓素TXB2。众所周知，细胞外TXA2由血小板分泌，与血小板膜上的血栓素-前列腺素-α受体结合，最终诱导血小板活化和积聚。活化的血小板可以进一步从流动的血液中募集血小板，在血管损伤时起到止血作用，但在病理生理条件下导致心血管疾病的血栓形成。通过ABCC4从血小板输出激动剂二磷酸腺苷(ADP)对维持血小板功能也至关重要。ADP类似物双嘧达莫在临床上作为冠状动脉血管扩张剂，可以特异性抑制ABCC4，减少血小板中ADP的外排，从而防止血栓形成。

ABCC4还能泵出阿司匹林，阿司匹林是一种临床广泛使用的血小板拮抗剂，可抑制血栓素的合成。在一些临床病例中，如非心源性缺血性卒中或短暂性缺血性发作患者的继发性卒中预防和冠心病治疗，推荐双嘧达莫与小剂量阿司匹林合用。ABCC4可能成为血小板拮抗剂治疗心血管疾病的一个有希望的靶点。然而，其精细结构和对各种底物的转运机制尚不清楚。

在ATP缺失或存在时，U46619与ABCC4结合的整体结构（图源自Nature Cardiovascular Research ）

该研究使用单粒子冷冻电子显微镜(cryo-EM)，解析了人类ABCC4蛋白无配基结合(apo form)、三种底物结合(激动剂TXA2的类似物U46619、拮抗剂阿司匹林和双嘧达莫)，以及同时结合U46619和ATP的三维结构。此外，该研究还解决了ATP结合ABCC4的外向封闭结构，其中U46619仍然被困在底物结合口袋中。结构分析结合生化分析证明血小板激动剂TXA2和拮抗剂阿司匹林是ABCC4的底物，并揭示了ABCC4的特异性跨膜底物结合袋。这些发现将有助于开发新的心血管疾病拮抗剂/药物。

中国科学技术大学陈宇星教授、周丛照教授和李琼特任副研究员为该论文的共同通讯作者，博士生陈宇为该论文的第一作者。冷冻电镜数据收集工作在中国科学技术大学冷冻电镜中心完成。该研究工作得到科技部、中国科学院和中央高校基本科研业务费的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s44161-023-00289-9

https://www.nature.com/articles/s44161-023-00293-z

转自：“iNature”微信公众号

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