該研究破解了重要神經(jīng)系統(tǒng)疾病靶標(biāo)——去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體（noradrenaline/norepinephrine transporter，NET）同源二聚化，轉(zhuǎn)運(yùn)天然底物去甲腎上腺素NE，以及選擇性識(shí)別六種抗抑郁藥物的分子密碼，為理解NET等單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體的生理調(diào)控機(jī)制奠定了重要的理論基礎(chǔ)，也對(duì)指導(dǎo)靶向單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體（monoamine transporters，MATs）的抗抑郁癥等神經(jīng)精神類疾病的藥物研發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本項(xiàng)研究中，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，獲得了人源NET同源二聚體分別與底物NE結(jié)合的阻塞構(gòu)象、無底物結(jié)合的apo狀態(tài)，以及六種抗抑郁藥物（尼索西汀、阿米替林、馬普替林、諾米芬辛、托莫西汀和奈福泮）的外向開放構(gòu)象的8個(gè)高分辨率結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到2.9-3.4 埃。

值得注意的是，該研究首次在近原子分辨率上發(fā)現(xiàn)了由膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的膜蛋白同源二聚體形成機(jī)制，為細(xì)胞膜“脂筏模型”提供了眼見為實(shí)的依據(jù)。

在過去近70年，MATs與抑郁癥病理學(xué)的關(guān)聯(lián)從藥理學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和臨床研究等多個(gè)角度被證實(shí)，單胺假說也曾主導(dǎo)了近幾十年抗抑郁藥物的研發(fā)。血清素和去甲腎上腺素雙重再攝取抑制劑（SNRIs）與選擇性血清素再攝取抑制劑（SSRI）作為一線藥物用于抑郁癥的臨床治療，選擇性去甲腎上腺素再攝取抑制劑（NRIs）和三重再攝取抑制劑（TRIs）也已獲批用于抑郁癥的治療。此外，NET的功能異常也與注意缺陷多動(dòng)障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）等神經(jīng)精神類疾病密切相關(guān)。

2021年03月，該團(tuán)隊(duì)在Nature上首次報(bào)道了5-HT1A、5-HT1D、5-HT1E受體的結(jié)構(gòu)，并揭示了磷脂PI4P（PtdIns4P）和膽固醇調(diào)節(jié)受體功能的機(jī)制和受體的本底激活機(jī)制。

2023年11月，該團(tuán)隊(duì)與徐菲課題組等合作在Nature上揭示“冰毒”與其受體TAAR1的分子識(shí)別機(jī)制，代表了冰毒-多巴胺成癮研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展。

進(jìn)一步生化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的二聚化貢獻(xiàn)于NET的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。如科學(xué)插圖中不同小分子紋飾的蝴蝶在蝴蝶蘭上的停留狀態(tài)，該研究提出了不同MAT選擇譜的六種抗抑郁藥物與NET的選擇性。

本研究的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在上海市高峰電鏡中心收集。上海藥物所博士后張衡、助理研究員代安濤和臨港實(shí)驗(yàn)室博士后殷裕玲為該論文的共同第一作者。臨港實(shí)驗(yàn)室研究員蔣軼、上海藥物所研究員徐華強(qiáng)、楊德華為該論文的共同通訊作者。該成果獲得了科技部、基金委和上海市等項(xiàng)目的支持。

研究顯示，NET呈現(xiàn)由膽固醇和脂質(zhì)分子介導(dǎo)的獨(dú)特二聚體構(gòu)型（AlphaFold目前還無法預(yù)測此二聚體構(gòu)型）如科學(xué)插圖中蝴蝶蘭兩片花瓣的形態(tài)。膽固醇和脂質(zhì)分子被包夾在NET單體之間，構(gòu)成了NET同源二聚體的主要作用界面，如科學(xué)插圖中蝴蝶蘭花蕊示意的位置。這與其他膜蛋白通過蛋白-蛋白直接相互作用組裝為寡聚體的方式截然不同。

威廉希尔中文网站威廉5月15日，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature在線發(fā)表了題為“Dimerization and antidepressant recognition at noradrenaline transporter”的研究論文，該研究成果由中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)課題組、楊德華課題組和臨港實(shí)驗(yàn)室蔣軼課題組合作完成。

2023年01月，該團(tuán)隊(duì)在Cell上系統(tǒng)地分析和明確了各內(nèi)源性阿片肽對(duì)阿片受體的信號(hào)活性，揭示了多肽類配體和阿片受體的結(jié)合模式，闡述了它們的選擇性和保守性機(jī)制，為“信使-信箱-效能”模式提供了結(jié)構(gòu)和功能支持。

MATs的功能受膽固醇和脂質(zhì)介導(dǎo)的寡聚化調(diào)控。早期研究表明，NET和SERT均與腦組織和轉(zhuǎn)染細(xì)胞系中富含膽固醇的區(qū)域相關(guān)。磷脂酰肌醇4,5-雙磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）促進(jìn)NET二聚化并調(diào)節(jié)底物的外流。膽固醇和PIP2參與SERT的功能調(diào)控，PIP2的直接結(jié)合介導(dǎo)了SERT寡聚體的形成。PIP2也以寡聚體依賴的方式，在苯丙胺誘導(dǎo)的血清素外排中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

2013年，該團(tuán)隊(duì)在Science上首次報(bào)道了激動(dòng)劑結(jié)合的5-羥色胺受體5-HT1B的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，該論文第一作者蔣軼（現(xiàn)臨港實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立研究員）為此篇去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體文章的通訊作者。

綜上，這些研究結(jié)果回答了膽固醇和脂質(zhì)調(diào)控NET等MAT寡聚化及其轉(zhuǎn)運(yùn)功能，以及NET底物識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)生物學(xué)問題，破解了抗抑郁藥物選擇性靶向NET的分子密碼。這些成果加深了對(duì)NET的結(jié)構(gòu)和功能的理解，同時(shí)為抗抑郁藥物治療提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和藥物設(shè)計(jì)參考。

2021年02月，該團(tuán)隊(duì)在Cell（Cover）揭示了多巴胺受體D1R和D2R配體結(jié)合口袋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性、潛在的受體激活機(jī)制、配體激動(dòng)劑選擇性識(shí)別并激活D1R和D2R的分子機(jī)制、D1R的G蛋白偏好性激活決定因素以及D1R和D2R在G蛋白選擇性差異上的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等。

NET屬于MATs家族，與同家族的血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體（serotonin transporter, SERT）和多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體（dopamine transporter, DAT）共同調(diào)控神經(jīng)突觸神經(jīng)遞質(zhì)的濃度，維持體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的平衡。MATs是精神刺激劑和抗抑郁藥物的主要靶點(diǎn)。

然而，當(dāng)前有限的結(jié)構(gòu)信息導(dǎo)致科學(xué)界對(duì)NET與底物和抗抑郁藥物的精準(zhǔn)結(jié)合模式，抗抑郁藥物對(duì)三種MAT亞型的選擇性識(shí)別機(jī)制，以及膽固醇和脂質(zhì)調(diào)節(jié)NET功能及其寡聚化過程的精確機(jī)制仍然缺乏深入的理解。

2022年11月，該團(tuán)隊(duì)在Cell（Best of Cell 2023）上報(bào)道了芬太尼、嗎啡及Oliceridine等阿片類鎮(zhèn)痛藥物分別激活μ型阿片受體（μOR）的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，首次揭示了芬太尼和嗎啡識(shí)別并激活μOR的作用機(jī)制。