人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构(中文翻译)

人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构

摘要：

葡萄糖转运蛋白GLUT1主要促进葡萄糖扩散进入红细胞，并负责葡萄糖供应到大脑和其他器官。不正常的基因突变可能导致GLUT1缺陷综合症，其中GLUT1的过度表达是癌症的预示指标。尽管经过几十年的调查， GLUT1的结构尚不清楚。在这里，我们报告的人GLUT1的晶体结构在3.2 ?分辨率的状态。一种被捕获的具有典型的向内折叠构象的全长蛋白。这种结构可以实现对精确映射和疾病相关的基因突变中GLUT1的潜在机理的解释。这些突变基因结构提供了一个洞察GLUT1和糖搬运工亚家族的其他成员的交流访问机制的途径。在单向转运GLUT1与质子耦合木糖转运体XylE的结构比较中，可以检验被动推动者和积极转运的转运机制。

GLUT1 由SLC2A1编码，介导的细胞将基底水平葡萄糖的摄取到许多组织中。特别是，它负责通过促进葡萄糖的扩散，使成红细胞常数摄取保持在约5毫米的血液浓度。GLUT1在血液组织屏障的内皮细胞内具有使葡萄糖供应到大脑和其他器官中的核心作用。

GLUT1的失活突变，将导致血糖运输活动受损，而这是与疾病相关联的缺乏能源供应到大脑不足相关联的。 GLUT1缺陷综合征（又称德活体综合征）的特点是症状包括早发性癫痫，小头畸形和发育迟缓的频谱。癌细胞需要增强葡萄糖的供应，部分是通过无氧糖酵解（ Warburg效应）的效率较低的能源产生。确定GLUT1的水平将作为肿瘤预后的重要指标。因为它的基本生理和病理意义，GLUT1一直是功能研究及结构测定的重点。

GLUT1属于MFS ，其中规模最大最普遍存在的二次转运蛋白超家族之一的糖搬运工亚科。 MFS转运共享一个保守的核心，其包括由两个离散地折叠的结构，即在氨基和羧基末端结构域12个跨膜片段。在每个领域，连续六次跨膜段折叠成一对“3+3 ”反向重复的片段。已知的的实验证据表明，三螺旋束可以表示其基本结构和功能单位。所有MFS转运蛋白被认为是利用交流访问机制，其中由底物结合位点是从两侧通过转运蛋白的构象变化交替访问OFTHE膜运输衬底。

细菌GLUT1同系物，在D -木糖的结构：从大肠杆菌和葡萄糖H+转运体XylE （参28 ，29 ）或从表皮葡萄球菌获得的H+转运体GLCP（参见30 ）已有报道。值得注意的是， XylE的结构约束着GLUT1 （参见28 ）以托德 - 木糖ORD -葡萄糖启用同源性为基础的建模。然而，无论XylE和GLCP都是作为GLUT1一个催化葡萄糖向下穿过膜的浓度梯度单向转运质子驱动转运体。人类GLUT1的原子结构对理解它的运输和疾病机制至关重要。

GLUT1的结构测定

表达GLUT1和纯化的细节可以在方法上找到。把全长的人GLUT1 （残基

1-492 ）与C-末端10 ×组氨酸标记过表达在感染了杆状病毒击掌昆虫细胞上。为了消除由于糖基化的异质性，他们引入了一个单点突变（ N45T）。他们尝试，但无法结晶到GLUT1（ N45T）。他们的理由是GLUT1，具有高活性的转运，可能会出现多个可互换的构象，阻碍结晶。为了解决这个潜在的问题，我们进行文献检索的GLUT1的变种，可以锁定单向转运体在特定的构象。一个单一的错义突变--E329Q ，曾表明逮捕到GLUT1向内的构象。他们最终成功地遏制了突变N45T 和E329Q并使全长GLUT1的结晶。该晶体出现了C2空间群并且他们在同步辐射光源得几个X射线衍射均超越3.2?。使用带有XylE的N和C结构域的坐标作为单独的搜索模型分子置换测定GLUT1的结构。最后的原子模型被提炼到3.2?分辨率。

在GLUT1的结构中，残基9–455构成典型的MFS折叠，在C-末端部分是看不见可能是由于其固有的构象的灵活性。N和C结构域围成一个腔，打开细胞内侧的结构，从而代表一个向内的开放构象，与预测状态GLUT1一致（e329q）。值得注意的是，N和C结构域是由一个细胞内螺旋束连接（ICH）包括四个不足的螺旋结构。有趣的是，在ICH领域中也观察到糖搬运工成员XylE和GLCP的结构，而不是在其他MFS转运中，这提示脑出血可能是糖搬运工亚科中的一员造成的。

对配体结合的影响

在对原子模型细化期间，具有不连续尾巴的盘形电子出现在向内打开的腔中(扩展数据图 2a)。因为GLUT1在0.4％（重量/体积）的正壬基-β-D-吡喃葡糖苷（β- NG）中纯化和结晶，所以观测到的电子密度可能来自一个绑定β- NG 分子的糖部分，其中发生成为GLUT1的底物。的确，一个β-NG分子完美配合到电子密度，用D -吡喃葡糖苷结合到GLUT1的C结构大致中央处的膜中，其中的

脂肪族尾部指向沿着所述腔（扩展数据图胞内侧面2b所示， C）。

GLUT1及XylE的C结构域可以与1.244 A?超过138对准Ca原子的根均方偏差相互叠加。在域上叠加的时候，D -吡喃葡糖苷结合的β- NG与D-葡萄糖（扩展数据图2d ）重叠。让人想起由XylE 协调的（参见28）的D-葡萄糖，对D-吡喃葡糖苷β- NG是连接周围的极性残基C结构的氢键。（扩展数据图2e ）。类似的，协调对D-吡喃葡糖苷β- NG的向内开的GLUT1及D-葡萄糖通过朝外XylE的支持单糖结合位点可以被交替地从膜的任一侧上存取。在朝外遮挡的部分XylE，D-葡萄糖是由主要是从C结构域的残基进行协调。在向内开的GLUT1 ，来自N结构域的残基不参与配体结合。这些观察结果表明， C结构域可以提供一级基体结合位点并导致N域交替运动。

疾病相关基因突变的映射

GLUT1的详细结构信息提供了疾病衍生的机理且解释了分子激活突变的基础（扩展数据表2）。这些突变患者如早发性失神性癫痫，发作性运动诱发性运动障碍，以及特发性家族性全身性癫痫被鉴定为GLUT1缺陷综合。大多数突变具有极性的或带电荷的氨基酸可能是有用的。这是些突变可能破坏GLUT1的结构完整性，导致机体功能完全丧失因而致死。

本病衍生的突变很大程度上映射到三个GLUT1集群中（图2）。第一组残基负责底物结合（图2和扩展数据图）；第二组位于所述跨膜结构域和ICH的域之间的界面（图2和图3）；第三组包括残基的传送路径，它们大多致力于对细胞外侧的N和C结构域之间的相互作用（图2和图4和扩展的数据图3a ）。底物结合残基的突变可导致识别D-葡萄糖受损并显著地降低其运输活动。下面，我们专注于集群II和III的分析可能有助于GLUT1的传输机制和其他糖搬运工成员的理解。

在ICH领域的关键作用

在简化的模型中， MFS转运蛋白的交替访问可以通过N和C结构域的刚体转动来实现。向内打开GLUT1及朝外的XylE的结构比较揭示16?同心旋转的两个结构域（图3a）。GLUT1和XylE都有三个共同的细胞内螺旋（扩展数据图4a ）。内螺旋1（IC1）和IC2出现一个对相对于N结构域维护定义的构象，其中IC3是从朝外向内开的域间旋转过程中被拉向C结构域的（图3b和扩展数据图4b，c）。为了便于结构比较，我们将使用GLUT1残基数来注释在XylE的保守残基（图3c和扩展数据图5）。

将近一半来自GLUT1缺陷综合症均将调解域间的接触残基映射在细胞质一侧（图3c和扩展数据图5）。在朝外XylE，几个GLUT1缺陷综合症相关的残基的N和C结构域沿该膜的细胞内侧之间相互作用，从而稳定了面向外的构象（图2和图3c）。对前面的IC5循环在跨膜5的内端（TM5）的胍基精氨酸153形成两个氢键与赖氨酸458的羰基。IC2上的氨酸212与IC5上的Glu 461相互交换.值得注意的是天冬氨酸329似乎在XylE的朝外的构象与它的羧酸酯基团接受两个氢键以外的甘氨酸154和Lys 155的骨干酰胺基团的维持中起关键作用。这些氢键通过一对天冬氨酸329和Arg 333间的电荷稳定的氢键进一步稳定。

很明显，在这些相互作用在XylE中没有观察向内开放构象的GLUT1（图3c）。XylE中的ASP 329 被替换为GLUT1中的谷氨酸。假设一组类似的相互作用GLUT1代替XylE ，突变E329Q预计将削弱或取消甘氨酸154和Ala 155的酰胺基团之间的氢键。因此GLUT1(E329Q) 可能偏爱对内的构象它可能在外过渡期间遇到额外的能量屏障。沿着这条线，我们预测其他残基在这个界面替换可能削弱对细胞内侧面的N和C结构域之间的相互作用的基团，从而阻碍向外的构象。

第二组的突变分析表明，在ICH领域，它体现了糖搬运工亚科的一个独特的功能，可以作为一个锁存器以确保细胞内封锁朝外的构象。支持此观点，位于XylE的跨膜区域中的 N 和 C 域之间是通过数量有限的疏水性残留物来交流的（扩展数据图 3b）。因此,涉及带电或极性的ICH残留物在细胞内边交替的访问周期期间关闭转运体祈祷关键作用。

细胞外门

在GLUT1中，TM1和TM7外侧面相互接触，即细胞外门的主要是向内开放构象（图4a）。值得注意的是， GLUT1的TM7与接近它的朝外XylE 相比较包含了一个额外的扭结（扩展数据图4d ）。从GLUT1缺陷综合征患者中分离出来的突变N34I，N34S，N34Y，S294P，T295M和T310I影响了四种氨基酸的合成（扩展数据见表2 ）。TM1上的ASN 34似乎是TM7上的Ser 294和Thr 295上和TM8上上Thr 310介导成氢键的一个组织中心（（图4b）。注意，这个残基与N结构域相互作用的酪氨酸292，丝氨酸294和苏氨酸295分别位于TM7周围的不连续螺旋片（图4b）。

在与疾病相关的残基当中，精氨酸126是最有趣的，因为其在XylE与精氨酸133相对应，并与Asp 27 形成氢键网，一种对于质子耦合使XylE朝外必不可少的残基（参见45）。 XylE中Asp的27被替换成GLUT1的天冬酰胺29。值得注意的是，精氨酸126不与位于GLUT1中向内开的侧链的天冬酰胺29相互交互（图4c）。更重要的是，精氨酸126的胍基团是远离TM7上的酪氨酸292约6A?的苯环，可能是形成阳离子-π相互作用，进一步巩固GLUT1 外门向内开（图4d）。

讨论

解析人类葡萄糖转运GLUT1结构的可作为了解其作用机制的框架。质子独立的单向转运体GLUT1和细菌同源，通过对质子转运体XylE的各种结构做出比较，可以促进扩散与主动转运的机理分析。通过这样分析得到的结论可能普遍适用于其他单向转运体和质子同向转运蛋白偶联的结果。我们在结构分析和生化公布数据的基础上提出了一个GLUT1工作模型（图5）。单向转运体仅催化底物的易位下的浓度梯度。对于完成一个传输周期的单向转运体它只是一个构象开关。GLUT1在因为TMD和ICH之间的广泛相互作用的情况下，配体游离蛋白可能更喜欢一个向外开放构象。当在细胞外侧的N和C结构域之间的亲和力超过了细胞内侧面，该蛋白质可以切换到向内开的结构。一旦GLUT1采用向内开放构象，它就将衬底暴露于低浓度的环境;然后将平衡移向衬底解离。不含基底的单向转运体能够返回到面向外的状态。该模型预测，不含基底的单向转运体具有一个优选的开放构象与基材结合和解离驱动构象的开关。质子同向转运蛋白

利用跨膜质子梯度（也称为质子动力47 ），用于针对驱动衬底的“上山”易位的浓度梯度。质子和衬底的易位被强制性地耦合。值得注意的是，XylE的天冬氨酸27 ，对应于GalP的天冬氨酸32（参考文献48）和GLCP的Asp 22中（参考文献30），具有在质子偶合的关键作用。

关键天冬氨酸残基释放的物质能与GLUT1上Arg 126配对，这可能会触发向外向内过渡（图4c，D）。在这部分的过程中，一个单向转运体可以被视为一个永久质子同向转运蛋白。然而，不同于单向转运体在基板释放能够朝外返回，衬底释放转运体不能进行构象开关，直到它被去质子化，反之亦然（即去质子转运体不能向外面，对除非衬底解离）。单向转运体和转运体的转运机制的详细机理的认识有待更多的生物化学和生物物理研究。

总之，我们报道了人们长期追求的人的葡萄糖转运的GLUT1 ，它允许精确测绘和疾病相关突变基因的的结构。GLUT1与XylE的结构比较提供了解单向转运体和质子驱动的同向转运的转运机制的基础。该结构也作为像GLUT1和其他重要的生理MFS糖转运体这类潜在的治疗药物靶发展的指导指向标。

方法综述

为了获得大量适于GLUT1结晶试验的蛋白，我们利用多种重组表达系统，包括大肠杆菌，酵母数种，杆状病毒感染的昆虫细胞，和哺乳动物表达系统。在获得可行的解决方案基础上，我们决定用昆虫细胞作为大规模生产GLUT1的原料。纯化后的蛋白SDS–PAGE上有转移到一个低洼带印迹，表明在GLUT1表达翻译后糖基化。为了消除潜在的异质性引起的糖基化，我们在GLUT1上引入了一个单点突变n45t。第二点突变，e329q，介绍了在一定的构象稳定GLUT1的希望。全长人GLUT1变种（残基1–492，n45t和e329q）与C-末端10×的标签在感染的昆虫细胞杆状病毒中表达。病毒感染后四十八小时后，用杜恩斯中

断均质机理收集细胞。蛋白质在4℃，2%DDM4中提取2 h，用Ni-NTA在含0.05%DDM 和5%甘油的中纯化。药物组分进行结晶试验。晶体出现了通过悬滴蒸气扩散法在4 ℃含有30%（w／v）PEG400，0.1mMES pH6.0，和0.1m MgCl2的缓冲区缓冲。数据收集在上海同步辐射光源（SSRF）光束线bl17u上。利用xylE中N和C结构域的作为坐标建立单独的搜索模型进行分子置换确定了相应的结构。

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2019年执业药师继续教育 创新机制–肾脏钠葡萄糖共转运蛋白2 SGLT-2抑制剂-达格列净...考试

创新机制–肾脏钠葡萄糖共转运蛋白2 SGLT-2抑制剂-达格列净...考试 返回上一级 单选题（共10 题，每题10 分） 1 . 最近统计中国糖尿病患病率在成人中达到（） ? A.11.6% ? B.9.8% ? C.6.6% ? D.4.5% 我的答案： A 参考答案：A 答案解析：暂无 2 . 由于人口的原因世界上患糖尿病人数最多的国家是（） ? A.美国 ? B.中国 ? C.印度 ? D.日本 我的答案： B 参考答案：B 答案解析：暂无 3 . 肾脏葡萄糖转运：SGLT2负责（）肾脏葡萄糖的重吸收 ? A.90% ? B.80% ? C.70% ? D.60% 我的答案： A 参考答案：A 答案解析：暂无 4 . 糖尿病是代谢综合征的一部分表现，型糖尿病患者合并高血压和（或）脂代谢紊乱的达到（） ? A.70% ? B.68% ? C.60% ? D.55% 我的答案： C 参考答案：C 答案解析：暂无 5 . 第一个SGLT-2抑制剂来源于（） ? A.草根 ? B.苹果树皮 ? C.苹果树叶 ? D.以上都是

我的答案： B 参考答案：B 答案解析：暂无 6 . SGLT2抑制剂肾脏保护的间接获益包括（） ? A.改善血糖控制 ? B.降低血压 ? C.降低体重 ? D.以上都是 我的答案： D 参考答案：D 答案解析：暂无 7 . 与二甲双胍联合用药长期控制血糖非常好的药物是（） ? A.安慰剂 ? B.二甲双胍 ? C.达格列净 ? D.都可以 我的答案： C 参考答案：C 答案解析：暂无 8 . 达格列净减重作用主要源于（） ? A.体内脂肪减少 ? B.体内肌肉的减少 ? C.体内脂肪增加 ? D.体内脂肪增加 我的答案： A 参考答案：A 答案解析：暂无 9 . 达格列净初始单药治疗低血糖风险与安慰剂相比（） ? A.相当 ? B.略高 ? C.高出很多 ? D.以上都对 我的答案： A 参考答案：A 答案解析：暂无 10 . 达格列净多重获益优势为糖尿病综合管理带来新的希望包括（）? A.不增加心血管事件风险 ? B.减少肾病风险 ? C.快速、强效、持久的血糖控制，低血糖风险低 ? D.以上都是 我的答案： D 参考答案：D 答案解析：暂无

胰岛素调控葡萄糖转运蛋白4转位的研究进展_于海佳

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2015.01.011· 综述·胰岛素调控葡萄糖转运蛋白4转位的 研究进展 于海佳 胰岛素抵抗和糖代谢异常是 II 型糖尿病的主要病理特征。机体在正常情况下通过胰岛素等相关激素能够非常精准地调控血液中的葡萄糖。伴随着能量摄入，升高的血糖水平会刺激胰岛β细胞分泌胰岛素。血液中过量的葡萄糖被快速地转运至细胞内，从而使机体维持正常的血糖水平。胰岛素调控葡萄糖摄取主要是通过葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）从细胞内转位到质膜上来实现的。有关胰岛素是如何介导 GLUT4 转位和葡萄糖摄取的研究对于治疗糖尿病和发展疾病早期诊断方法具有重要的意义。本文综述了近年来在胰岛素信号调控下 GLUT4 转位方面的相关研究进展。 1 GLUT4 与糖稳态调控 GLUT4 是由 SLC2A4 基因编码的糖转运蛋白，能够以不依赖于 ATP、协助运输的方式运送葡萄糖穿过细胞质膜。GLUT4 具有 12 次跨膜蛋白结构域，广泛分布于骨骼肌和脂肪组织等胰岛素响应性组织中[1-2]。除了 GLUT4 外，这些组织还表达其他的一些糖转运蛋白，例如 GLUT1。与其他糖转运蛋白不同的是，GLUT4 在细胞内的分布受到胰岛素的调控。GLUT1 等其他糖转运蛋白主要在基础状态（血糖水平低）下介导细胞对葡萄糖的摄取，而 GLUT4 在基础状态主要存在于胞内的各种膜结构中，只有少于 5% 的 GLUT4 位于细胞膜上。当机体进食后血糖水平快速升高，葡萄糖会促进胰岛素分泌增加。胰岛素促使 GLUT4 从胞内膜结构转移到细胞膜表面上，细胞表面上的 GLUT4 浓度在胰岛素的刺激下可以增加到其在基础状态时的 5 ~ 30 倍[3]。GLUT4 通过摄取和清除血液中的葡萄糖来维持血糖平衡。当胰岛素浓度降低时，GLUT4 通过胞吞作用回到细胞内，细胞表面的 GLUT4 重新恢复到基础状态时的水平。 GLUT4 在机体糖稳态调控过程中发挥着重要作用，在II 型糖尿病患者的脂肪组织中，GLUT4 在 mRNA 和蛋白质表达水平上都有明显减少[4]。在小鼠模型中，GLUT4 蛋白表达水平降低使小鼠产生胰岛素抵抗和糖尿病[5]。GLUT4 在肌肉组织和脂肪组织中过量表达可以改善小鼠的血糖控制和糖耐受不良[6-7]。在细胞水平上，肌肉组织和脂肪组织中减少 GLUT4 的表达会引起肌肉细胞和脂肪细胞对葡萄糖的摄取减少并产生胰岛素抵抗[8]。2 胰岛素调控 GLUT4 转位的信号通路 对于胰岛素调控骨骼肌和脂肪组织的葡萄糖摄取，目前研究者们认为主要是通过磷酸肌醇 3 激酶（PI3K）信号通路来实现的（图1）。胰岛素从胰岛β细胞分泌后，首先结合细胞表面上的跨膜胰岛素受体（IR）并激活胰岛素受体酪氨酸激酶。这会促使胰岛素受体底物蛋白（IRS）酪氨酸磷酸化，激活 PI3K。PI3K 与二磷酸肌醇（PIP2）发生作用，使 PIP2 转化为三磷酸肌醇（PIP3）[9]。PIP3 的水平升高激活了含有 PH 结构域的丝氨酸/苏氨酸激酶 PDK1 和mTORC2，并随后激活蛋白激酶 AKT。 AKT 有 3 个异构体，但是只有 AKT2 在胰岛素刺激GLUT4 转运过程中起关键作用。George 等[10]报道在胰岛素抵抗和糖尿病中发现了 AKT2 突变。AS160（又称为TBC1D4，分子量 160 kD）是 AKT2 的一个重要底物，在脂肪和肌肉组织中过量表达 AS160 磷酸化位点突变体能抑制胰岛素依赖的 GLUT4 转位和葡萄糖摄取，敲除 AS160 和其类似功能蛋白 TBC1D1，可显著减少胰岛素刺激的葡萄糖运输[11]。一份最新的报道发现格陵兰人近年来持续升高的 II 型糖尿病发生率正是由于 AS160 发生了突变。研究人员证实了在 2575 个调查个体中有 17% 的 AS160 等位基因存在 p.Arg684Ter 突变，同时伴随有胰岛素抵抗和血糖升高[12]。AS160 含有一个 GTP 酶激活蛋白（GAP）结构域，其能特异地作用于 G 蛋白 Rab。Rab 是一类能促进囊泡运输的 GTP 结合蛋白，通过与 GDP 结合的失活状态向其活化状态转化来催化膜运输。作为一个负调控因子，AS160 在基础状态下处于去磷酸化状态，能通过 GTP 酶将 GTP 转化成 GDP。这使 Rab 蛋白处于失活状态，从而抑制了 GLUT4 囊泡在细胞内的运输。在胰岛素刺激下，AS160 的五个氨基酸残基 Ser318、Ser570、Ser588、Thr642 和 Ser751 被 AKT2 磷酸化而丧失了 GAP 活性[13]，使Rab 蛋白可以与 GTP 结合，促进 GLUT4 囊泡运输和GLUT4 的膜转位。在基础状态下的脂肪细胞中敲低 AS160 的表达，会使部分 GLUT4 囊泡运输至细胞表面，从而增加了细胞表面的 GLUT4 水平[14]。Rab10 是 AS160 一个重要下游结合 Rab 蛋白。在脂肪细胞中敲低 Rab10 的表达会抑制胰岛素引起的 GLUT4 转位。在敲低 AS160 的同 作者单位：80309 美国，科罗拉多大学博尔德分校分子细胞发育生物学系，Email：haijia@https://www.sodocs.net/doc/5f5266084.html, 收稿日期：2014-08-18

葡萄糖转运蛋白与肺癌

!!作者单位" #,"""#杭州#浙江大学医学院附属第一医院呼吸科葡萄糖转运蛋白与肺癌 钟秀君!周建英 !!肿瘤细胞无法调控的增殖是肿瘤细胞最主要特征#而细胞数的增多导致细胞耗氧量不断增加#造成肿瘤缺氧#这在人实体瘤中表现尤其明显’肿瘤在适应缺氧时#葡萄糖摄入增多以提供所需的能量#此方式通过葡萄糖转运蛋白%@?I 9<;237/:;T <7327#[?I 3&合成增加来实现’[?I 3是介导细胞葡萄糖摄取的主要载体#与正常细胞$组织及良性病变相比#恶性肿瘤细胞对葡萄糖的代谢率增加’而糖代谢的增高与[?I 3及基因的异常表达有关’本文就[?I 3及其同肿瘤的关系作一综述’ !!H ;<9的分类和在组织中的分布细胞不能通过简单的弥散方式吸收葡萄糖#它必须借助一种特殊蛋白质#即葡萄糖转运蛋白’由于不同组织对葡萄糖需求不同#故可能有不同的葡萄糖转运蛋白’目前用基因探针方法# 已发现了’种不同的葡萄糖转运蛋白%[?I 3,\-$[?I 3*\0& ’[?I 3,在人类所有组织中均存在#它对葡萄糖具有很高的亲和力#可调节葡萄糖摄取’[?I 3!出现在能释放葡萄糖入血的器官中#如肠$肝$肾$及胰腺的/细胞#对葡萄糖亲和力极低#似乎仅在血浆葡萄糖水平相对较高时才作为转运体发挥载体功能’[?I 3#在脑神经元中被发现# 存在于人类所有组织中’对葡萄糖分子也有高亲和性’[?I 3(是肌肉和脂肪细胞主要的转运蛋白# 一般情况下#不能起转运葡萄糖的作用#仅在胰岛素的信号刺激下#能促进饭后葡萄糖进入上述组织中储存起来’[?I 3-主要存在于小肠及肾脏#主要作为果糖转运体’[?I 3.基因是一个假基因#不在蛋白水平表达’[?I 3*是肝微粒体[?I 3#与[?I 3!有.’)序列一致性’[?I 3’是主要表达于睾丸及受胰岛素调控的组织中’[?I 30在脾$外周白细胞$脑组织中表达’这’种葡萄糖转运蛋白转运葡萄糖都是按浓度梯度进行的’还有一种是钠离子依赖的协同转运蛋白%$[&H &#它逆浓度主动转运葡萄糖#是耗能过程#有$[&H ,%在小肠中表达明显#肾$肝$肺中少量表达&和$[&H !%肾中表达高#小肠中少&两种’ -!H ;<9与肿瘤 -"!![?I 3表达与肿瘤的生物学行为!各种葡萄糖转运蛋白在不同类型肿瘤中作用可能各不相同#[?I 3,可能是大多数肿瘤中表达的主要角色’其在 各部位肿瘤中表达(, )大致如下’头颈部"见于基底上皮细胞癌和口腔癌*胰腺"和G Q [%!\脱氧氟代\Q \葡萄糖&表达正相关*结肠"增强的表达与不良的预后有关*阴茎"在增生的病变处表达增强*胃食道"胃中高度表达#与M /77233食管有关*肾$膀胱"高度表达但与肿瘤分级无关*甲状腺"仅在恶性肿瘤中表达*肺"仅在恶性肿瘤中表达#在肿瘤中心表达更高#是非小细胞肺癌的预兆*乳腺"过度表达但与肿瘤大小$受体$淋巴结状态无关*脑"[?I 3,比[?I 3#表达低#且与星形细胞瘤分级相关*卵巢"过度表达#且与 肿瘤分级有关*皮肤"表达提示增生性病变’国外( !)亦有报道[?I 3,在肺癌$结直肠癌$乳腺癌等多种肿瘤中均有过度表达#而且其表达水平与肺癌及结直肠癌的临床分期$ 转移和预后密切相关’-"!"!![?I 3表达与癌发生的关系!在一些恶性肿 瘤中[?I 3表达与癌的形成无关#如在胃癌(# )中用免疫组织化学方法检测发现胃腺瘤$ 癌前病变$早期胃癌中检测不到[?I 3,表达#而只在易浸润$发生转移的胃癌中检测到#[?I 3,表达并不随着胃癌的发展而 逐渐增高’而对胆囊癌(()的免疫组织化学实验发 现#[?I 3,的表达与胆囊癌的形成及进展高度相关’-"!"-![?I 3异常表达与癌分化程度的关系! Y

对葡萄糖转运蛋白的讨论

对葡萄糖转运蛋白的讨论 关键词：葡萄糖转运蛋白糖尿病胰岛素释放障碍胰岛素抵抗 葡萄糖转运蛋白是细胞转运葡萄糖的 载体。研究发现，葡萄糖转运蛋白是一个蛋白家族，包括多种蛋白，它们在体内的公布以及与葡萄糖分子的亲合力差异显着。其中GLUT2和GLUT4尤为重要。GLUT2是胰岛B 细胞膜上的转运蛋白，在血糖浓度升高时，促进GLUT2对葡萄糖的转运功能，继而刺激胰岛素释放。GLUT4在脂肪细胞和肌细胞中表达，胰岛素刺激GLUT4在脂肪细胞和肌细胞或表达，胰岛素刺激GLUT4分子转移到细胞膜上，促进葡萄糖分子的转运过程。GLUT2和GLUT4分子的研究对于糖尿病的胰岛素释放障碍和胰岛素抵抗有重要意义。 1GLUT的分类 除了肾和肠道有能量依赖性的钠-葡萄糖协同转运外，其它大多数细胞都有非能量依赖的转运体存在。它们将葡萄糖分子从高

浓度向低浓度载过细胞膜。现已发现至少存在五种这样的转运蛋白，它们对葡萄糖的转运有各自不同的特点，分为GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4和GLUT5。 GLUT1分子在人类所有组织中均存在， 它调节葡萄糖摄取。它对葡萄糖分子有很高的亲合力，因此在相对低浓度葡萄糖的状态下也能转运葡萄糖分子。由于这个原因，GLUT1是一种重要的脑血管系统成分，保证 足够血浆葡萄糖分子转运进入中枢神经系统。 与GLUT1不同，GLUT2分子对葡萄糖亲合力极低，似乎仅在血浆葡萄糖水平相对较高时才作为转运体发挥载体功能。例如饭后，胰岛B细胞和肝细胞中起葡萄糖转运功能的分子就是GLUT2。这种生理功能抑制了正常状态或饥饿条件下肝脏对葡萄糖分子的摄 取和胰岛素不正常分泌。OgawaY等人研究发现，对于Ⅱ型、Ⅰ型早期糖尿病人和胰腺移植失败的病人，在血糖浓度升高时，普通B 细胞中GLUT2分子的表达有所下降。因此他们得出结论：对于上述病人，高血糖通过对

对葡萄糖转运蛋白的讨论

关键词：葡萄糖转运蛋白糖尿病胰岛素释放障碍胰岛素抵抗葡萄糖转运蛋白是细胞转运葡萄糖的载体。研究发现，葡萄糖转运蛋白（后简称GLUT）是一个蛋白家族，包括多种蛋白，它们在体内的公布以及与葡萄糖分子的亲合力差异显著。其中GLUT2和GLUT4尤为重要。GLUT2是胰岛B细胞膜上的转运蛋白，在血糖浓度升高时，促进GLUT2对葡萄糖的转运功能，继而刺激胰岛素释放。GLUT4在脂肪细胞和肌细胞中表达，胰岛素刺激GLUT4在脂肪细胞和肌细胞或表达，胰岛素刺激GLUT4分子转移到细胞膜上，促进葡萄糖分子的转运过程。GLUT2和GLUT4分子的研究对于糖尿病的胰岛素释放障碍和胰岛素抵抗有重要意义。1GLUT的分类除了肾和肠道有能量依赖性的钠-葡萄糖协同转运外，其它大多数细胞都有非能量依赖的转运体存在。它们将葡萄糖分子从高浓度向低浓度载过细胞膜。现已发现至少存在五种这样的转运蛋白，它们对葡萄糖的转运有各自不同的特点，分为GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4和GLUT5。GLUT1分子在人类所有组织中均存在，它调节葡萄糖摄取。它对葡萄糖分子有很高的亲合力，因此在相对低浓度葡萄糖的状态下也能转运葡萄糖分子。由于这个原因，GLUT1是一种重要的脑血管系统成分，保证足够血浆葡萄糖分子转运进入中枢神经系统。与GLUT1不同，GLUT2分子对葡萄糖亲合力极低，似乎仅在血浆葡萄糖水平相对较高时才作为转运体发挥载体功能。例如饭后，胰岛B细胞和肝细胞中起葡萄糖转运功能的分子就是GLUT2。这种生理功能抑制了正常状态或饥饿条件下肝脏对葡萄糖分子的摄取和胰岛素不正常分泌。OgawaY等人研究发现，对于Ⅱ型、Ⅰ型早期糖尿病人和胰腺移植失败的病人，在血糖浓度升高时，普通B细胞中GLUT2分子的表达有所下降。因此他们得出结论：对于上述病人，高血糖通过对GLUT2的下调作用减少葡萄糖诱导的胰岛分泌，加重病情。虽然，GLUT2分子是葡萄糖刺激胰岛素分泌的一个关键因子，但其他环节如糖激酶异常，ADP-核糖生成障碍等均与胰岛素分泌障碍有关，因此上述实验只能说明GLUT2分子在胰岛B细胞的葡萄糖转运中起着重要作用，其它结论还有待研究。GLUT3分子在所有组织中均已发现，主要作为神经元表面的葡萄糖转运体，它对葡萄糖分子也有高亲合性，负责将葡萄糖从脑脊液转运至神经元细胞。GLUT4主要存在于骨骼肌、脂肪细胞的胞浆中，一般情况下，不能起转运葡萄糖的作用，仅在胰岛素的信号刺激下，才能通过易位作用转运到细胞膜上，促进饭后葡萄进入上述组织中储存起来。GLUT5在人类小肠刷状缘上表达，主要作为果糖转运体，在肝脏也高度表达。2GLUT4分子是研究的一个热点糖尿病的发病机制归纳而言无外乎两个方面，一是胰岛素分泌不足，二是胰岛素抵抗。胰岛素抵抗的结果，血浆中胰岛素水平虽高，但血糖浓度还是比正常情况高。葡萄糖转运机制障碍是胰岛素抵抗的一个重要方面，也是现今研究的一个热点。在骨骼肌和脂肪细胞，胰岛素刺激葡萄糖转运过程如下：首先胰岛素与细胞膜上的受体结合，然后通过至今仍不明确的信号传递过程使含有GLUT4分子的囊泡从胞内池移动到细胞膜，然后与膜融合，将GLUT4分子固定在细胞膜上，从而发挥转运葡萄糖等C1-C3位置有相同结构的其它糖分子（如L-阿拉伯糖、D-木糖、半乳糖）的作用。 [!--empirenews.page--] 胰岛素抵抗虽然包括GLUT4转运活性的下降，但这种缺陷是否是GLUT4分子数量不足引起的呢？GarveywT等人研究证实，无论是在糖尿病人还是非糖尿病患者，只要存在胰岛素抵抗，GLUT4的数量并无明显减少，但GLUT4的易位作用发生了障碍，它们在高密度膜区异常积累，但不能转移到细胞膜上。这种现象在骨骼肌细胞和脂肪细胞中均已被发现。所以胰岛素抵抗的机制之一可能是GLUT4分子易位障碍，而不是合成、释放不足。既然GLUT4分子在葡萄糖转运过程中如此重要，它是如何发挥作用的呢？GLUT4分子镶嵌在细胞膜的脂质分子双层中，通过构象改变将葡萄糖分子运进细胞内，而不是借助蛋白本身的运动。即所谓的“ping pong”机制。这种构象改变可能与GLUT4分子的磷酸化、去磷酸化有关。JE-Reusch等人在脂肪细胞培养液中加入PTH，发现GLUT4磷酸化程度明显增加，而胰岛素刺激的去磷酸化作用显著降低。同时，PTH对GLUT4分子在细胞内分布没有影响。磷酸化的GLUT4分子在内在活性明显降低，可能与其构象改变障碍有

钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂对糖尿病肾病保护作用的研究进展

[15]TSUBAMOTO H ，KANAZAWA R ，INOUE K ，et al.Fertility ?sparing management for bulky cervical cancer using neoadjuvant transuterine arterialchemotherapy followed by vaginal trachelectomy[J].Int J Gynecol Cancer ，2012，22（6）：1057?1062. [16]TSUJI N ，BUTSUHARA Y ，YOSHIKAWA H ，et al.Pregnancy after neoadjuvant chemotherapy followed by abdominal radical trachelectomy in stage ⅠB2cervical cancer ：a case report[J].Gynecol Oncol Case Rep ，2012，4：13?15. [17]SATO S ，AOKI D ，KOBAYASHI H ，et al.Questionnaire survey of the current status of radical trachelectomy in Japan[J].Int J Clin Oncol ， 2011，16（2）：141?144. [18]ROBOVA H ，PLUTA M ，HREHORCAK M ，et al.High ?dose density chemotherapy followed by simple trachelectomy ：full?term pregnancy[J].Int J Gynecol Cancer ，2009，18（6）：1367?1371. [19]LANOWSKA M ，MANGLER M ，SPEISER D ，et al.Radical vaginal trachelectomy after laparoscopic staging and neoadjuvant chemotherapy in women with early?stage cervical cancer over 2cm ：oncologic ，fertility ，and neonatal outcome in a series of 20patients[J].Int J Gynecol Cancer ，2014，24（3）：586?593. [20]姚婷婷，陈勍，林仲秋．早期宫颈癌行经腹根治性宫颈切除后成功妊 娠2例报道[J]．现代妇产科进展，2011，20（10）：822?823． [21]DARGENT D ，FRANZOSI F ，ANSQUER Y ，et al.Extended trachelecto? my relapse ：plea for patient involvement in the medical decision[J].Bull Cancer ，2002，89（12）：1027?1030.[22]SCHLAERTH JB ，SPIRTOS NM.Radical trachelectomy and pelvic lymphadenectomy with uterine preservation in the treatment of cervical cancer[J].Am J Obstet Gynecol ，2003，188（1）：29?34. （收稿日期：2017?11?04） 钠?葡萄糖共转运蛋白2抑制剂对糖尿病肾病保护作用的 研究进展 雷明静综述，钟 玲△审校（重庆医科大学附属第二医院肾内科，重庆400010） 【关键词】糖尿病肾病；钠；葡萄糖；载体蛋白质类；肾；血流动力学；综述 DOI ：10.3969/j.issn.1009?5519.2018.12.022文献标识码：A 文章编号：1009?5519（2018）12?1839?03 钠?葡萄糖共转运蛋白2（SGLT2）抑制剂为一种新型降糖药，有降糖、降压、降尿蛋白、减轻体重、降尿酸、改善肾小球高滤过等作用。目前有研究提示，SGLT2抑制剂对糖尿病肾病（DN ）患者降糖与降尿白蛋白作用不平行，提示其可能通过非糖依赖途径发挥肾脏保护作用。本文对SGLT2抑制剂对DN 保护作用、肾血流动力学、尿钠排泄、降尿白蛋白肌酐比等机制做一综述。1SGLT2抑制剂与DN 的关系 DN 为糖尿病患者的微血管重要并发症之一，其发病机制复杂，涉及的因素繁多，主要危险因素有糖尿病病程长、血糖控制不佳、肥胖、系统性高血压、脂质代谢紊乱等，单独的血糖升高不能完全解释其发生、发展，尽管改善生活方式和药物的使用[（降糖、降脂、降压，尤其是肾素?血管紧张素?醛固酮系统阻断剂（RAASi ）]可以有效地控制这些危险因素，但DN 的发病率仍然居高不下，而且一旦出现肾功能异常，其进展速度要远快于非糖尿病性慢性肾脏病。在过去的20年里，一些新型的治疗策略，如双重或三重RASSi 用来减缓DN 患者肾功能进展，但是这些方案的效果有限，且其安全性受到质疑，迄今仍不推荐双重或三重RASSi 治疗DN [1]。因此，对于能够控制多种危险因素和可以保护肾脏结局的新疗法成为研究热点。 一种新型非胰岛素依赖途径的降糖药——SGLT2 抑制剂，其阻断近端小管中钠离子、葡萄糖重吸收，增加肾脏尿糖排泄并降低血糖[2]。研究发现，SGLT2抑制剂除降糖作用外，还有降低糖尿病患者血压、减轻体重、降低尿酸水平、改善肾小球高滤过、减少蛋白尿、增加尿钠离子排泄等作用。目前，美国食品和药品监督管理局（FDA ）和欧洲药物管理局（EMA ）批准了3种口服SGLT2抑制剂（坎格列净、达格列净、恩格列净），作为肾小球滤过率（eGFR ）>30mL/（min·1.73m 2）的2型糖尿病患者可选择的二线或三线降糖治疗药物。2SGLT2抑制剂的肾脏保护作用独立于降糖效应 近年来，已有多项研究表明，SGLT2抑制剂肾脏保护作用可能通过非糖依赖途径，独立于其降糖作用。HEERSPINK 等[3]对1450例2型糖尿病患者分别使用坎格列净100、300mg 并与格列美脲6~8mg 进行对照，1年后，患者糖化血红蛋白（HbA1c ）分别下降0.81%、0.82%、0.93%，2年后HbA1c 分别下降0.55%、0.65%、0.74%，而估计eGFR 分别降低3.3、0.5、0.9mL/（min×1.73m 2·年）（P <0.01）。对于尿白蛋白/肌酐（UACR ）≥30mg/g 的患者，坎格列净300、100mg 对UACR 下降作用均优于格列美脲，提示坎格列净能延缓2型糖尿病患者肾功能下降，其肾脏保护作用独立于降糖作用。 PETRYKIV 等[4]对超过4000例2型糖尿病患者参与的为期24周的11个3期临床试验进行总结，发现 △ 通信作者，E?mail ：536576113@https://www.sodocs.net/doc/5f5266084.html, 现代医药卫生2018年6月第34卷第12期J Mod Med Health ，June 2018，Vol.34，No.12· ·1839

人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构(中文翻译)

人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构 摘要： 葡萄糖转运蛋白GLUT1主要促进葡萄糖扩散进入红细胞，并负责葡萄糖供应到大脑和其他器官。不正常的基因突变可能导致GLUT1缺陷综合症，其中GLUT1的过度表达是癌症的预示指标。尽管经过几十年的调查， GLUT1的结构尚不清楚。在这里，我们报告的人GLUT1的晶体结构在3.2 ?分辨率的状态。一种被捕获的具有典型的向内折叠构象的全长蛋白。这种结构可以实现对精确映射和疾病相关的基因突变中GLUT1的潜在机理的解释。这些突变基因结构提供了一个洞察GLUT1和糖搬运工亚家族的其他成员的交流访问机制的途径。在单向转运GLUT1与质子耦合木糖转运体XylE的结构比较中，可以检验被动推动者和积极转运的转运机制。 GLUT1 由SLC2A1编码，介导的细胞将基底水平葡萄糖的摄取到许多组织中。特别是，它负责通过促进葡萄糖的扩散，使成红细胞常数摄取保持在约5毫米的血液浓度。GLUT1在血液组织屏障的内皮细胞内具有使葡萄糖供应到大脑和其他器官中的核心作用。 GLUT1的失活突变，将导致血糖运输活动受损，而这是与疾病相关联的缺乏能源供应到大脑不足相关联的。 GLUT1缺陷综合征（又称德活体综合征）的特点是症状包括早发性癫痫，小头畸形和发育迟缓的频谱。癌细胞需要增强葡萄糖的供应，部分是通过无氧糖酵解（ Warburg效应）的效率较低的能源产生。确定GLUT1的水平将作为肿瘤预后的重要指标。因为它的基本生理和病理意义，GLUT1一直是功能研究及结构测定的重点。 GLUT1属于MFS ，其中规模最大最普遍存在的二次转运蛋白超家族之一的糖搬运工亚科。 MFS转运共享一个保守的核心，其包括由两个离散地折叠的结构，即在氨基和羧基末端结构域12个跨膜片段。在每个领域，连续六次跨膜段折叠成一对“3+3 ”反向重复的片段。已知的的实验证据表明，三螺旋束可以表示其基本结构和功能单位。所有MFS转运蛋白被认为是利用交流访问机制，其中由底物结合位点是从两侧通过转运蛋白的构象变化交替访问OFTHE膜运输衬底。 细菌GLUT1同系物，在D -木糖的结构：从大肠杆菌和葡萄糖H+转运体XylE （参28 ，29 ）或从表皮葡萄球菌获得的H+转运体GLCP（参见30 ）已有报道。值得注意的是， XylE的结构约束着GLUT1 （参见28 ）以托德 - 木糖ORD -葡萄糖启用同源性为基础的建模。然而，无论XylE和GLCP都是作为GLUT1一个催化葡萄糖向下穿过膜的浓度梯度单向转运质子驱动转运体。人类GLUT1的原子结构对理解它的运输和疾病机制至关重要。 GLUT1的结构测定

钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂(SGLT2i)在治疗2型糖尿病中的有效性和安全性

钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂（SGLT2i）在治疗2型糖 尿病中的有效性和安全性 张波;杨文英 【期刊名称】《中华内分泌代谢杂志》 【年(卷),期】2016(000)002 【摘要】[Summary] As of 2014, an estimated 387 million people have diabetes mellitus ( DM) worldwide, which represents 8.3%of the adult population.China Noncommunicable Disease Surveillance in 2010 shows that the overall prevalence of DM is estimated to be 11.6%(approximately 113.9 million) in the Chinese adult population, with the prevalence among men of 12.1%and women of 11.0%, respectively.Control of blood glucose is fundamental to DM management.Despite the availability of several antihyperglycemic agents, only 53%of patients with DM achieve the recommended goals for DM care of HbA1C<7.0%.According to the National Health and Nutrition Examination Survey and the Behavioral Risk Factor Surveillance System Survey during the period of 10 years in the United States, 33.4%to 48.7%of persons with DM still have not met the targets for glycemic control, blood pressure or lipid level.In order to improve glycemic control, there is a need for new therapeutic options with innovative mechanisms of action and acceptable safety profiles.As a newly developed class of oral antidiabetic drugs, sodium-glucose co-

葡萄糖转运蛋白

2014年5月18日，清华大学医学院教授颜宁研究组在Nature在线发表了题为“Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1”的研究论文，在世界上首次报道了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示其工作机制以及相关疾病的致病机理。 葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源。葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖不能自由穿透疏水的细胞膜，其进出细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白完成。其中一类属于主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。在人体的14个GLUTs中， GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要，研究最广泛，其中GLUT1因发现最早而得名。 GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。在已知的人类遗传疾病中，导致GLUT1功能异常的突变会影响葡萄糖的正常吸收，导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病。另一方面，当发生癌变时，葡萄糖是肿瘤细胞最主要的能量来源，但是肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对葡萄糖进行无氧代谢，同质量葡萄糖所提供的能量不到正常细胞的10%，因而对葡萄糖的需求剧增，在很多种类的肿瘤细胞中都观察到GLUT1的超量表达，以大量摄入葡萄糖维持肿瘤细胞的生长扩增，这使得GLUT1的表达量可能作为检测癌变的一个指标。 自从获得了大量生理、病理、细胞、生化信息之后，获取GLUT1的三维结构就变成了该领域最期待的下一个突破。颜宁研究组在2012年首次解析了GLUTs的大肠杆菌同源蛋白XylE与葡萄糖结合的高分辨率晶体结构，并利用同源建模预测了GLUT1-4的三维结构；时至今日，人源GLUT1蛋白的晶体结构的捕获为理解这个具有历史研究意义的转运蛋白掀开了新的一章。 利用上海光源生物大分子晶体学线站（BL17U1）颜宁研究组最终解析了GLUT1的三维晶体结构。GLUT1呈现经典的MFS家族折叠方式——12个跨膜螺旋组成N端和C端两个结构域。两个结构域之间的腔孔朝向胞内区，即该结构呈现向内开放构象。而在结晶中用到的去污剂头部恰好是葡萄糖苷，其结合位点与此前XylE中观测到的葡萄糖结合位点基本重合，证实了MFS家族具有单一结合位点。有趣的是，GLUT1在胞内可溶区还具有一个由4个α螺旋组成的结构域（简称ICH），这一序列只在MFS中的糖转运蛋白亚家族中（Sugar Porter subfamily）观察到，因此ICH是属于该家族蛋白的特有结构特征。 利用GLUT1的晶体结构可以精确地定位与疾病相关的突变氨基酸，揭示其致病机理。分析显示，三十余个突变氨基酸基本集中于三个区域：底物结合区域、胞外门控区、胞内门控区，它们的突变或者影响了底物识别，或者影响转运蛋白的构象变化。晶体结构使得理解这些致病突变的机理一目了然。与之前获得的向胞外半开口的XylE晶体结构比较揭示出

葡萄糖转运体

葡萄糖转运体 葡萄糖转运体是一类镶嵌在细胞膜上转运葡萄糖的载体蛋白质，它广泛分布于体内各种组织。根据转运葡萄糖的方式分为两类:一类是钠依赖的葡萄糖转运体(SGLT)，以主动方式逆浓度梯度转运葡萄糖；另一类为易化扩散的葡萄糖转运体(GLUT)，以易化扩散的方式顺浓度梯度转运葡萄糖，其转运过程不消耗能量。研究发现GLUT的分布及质量与DM糖尿病的发生发展具有极为密切的关系。细胞的糖代谢取决于细胞对葡萄糖的摄取，葡萄糖无法自由通过细胞膜脂质双层结构进入细胞，细胞对葡萄糖的摄入需要借助细胞膜上的葡萄糖转运体(glucose transporter ，GLUT)来完成。GLUT结构具有以下共同特点：①具有12个跨膜螺旋环；②螺旋环上存在7个保守氨基酸残基；③胞膜内面存在几个酸性和碱性氨基酸残基；④具有两个保守的色氨酸残基；⑤具有两个保守的酪氨酸残基。它们是一组有着高度结构同源性的糖蛋白分子，所有的GLUT都具有12个跨膜节段的结构特征，均含有两个较大的环形结构，其中一个定位于第一、第二跨膜节段的细胞外区域，另一个定位于第六、第七跨膜节段的细胞内区域。其氨基末端及羧基末端均位于细胞膜的胞浆面。 葡萄糖转运体与糖尿病 自1921年，班廷发现胰岛素，人类一直将糖尿病治疗聚集于胰岛素，然而，美国制药有限公司首席医学专家约翰·朗霍斯特博士通过长达30年的研究发现：对于糖尿病的治疗，葡萄糖转运体的地位甚至比胰岛素还要高。 胰岛素的唯一作用就是降低血糖，健康人只有在进食的时候才会分泌胰岛素，其他绝大多数时间内胰岛β细胞并不分泌胰岛素，大量临床和事实证明，如果，胰岛素分泌过多，不仅会导致低血糖，甚至足以置人于死地。 可见，胰岛素只能起到降低血糖作用，根本无法起到平衡血糖浓度的作用！ 人体在正常状态下，调节并控制着葡萄糖代谢的平衡的是葡萄糖转运体！ 葡萄糖的代谢取决于细胞对葡萄糖的摄取，然而，葡萄糖无法自由通过细胞膜脂质双层结构进入细胞，细胞对葡萄糖的摄入需要借助细胞膜上的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters）简称葡萄糖转运体（GLUT）转运功能才能得以实现。 葡萄糖转运体存在于身体各个组织细胞中，24小时不间断从高浓度像低浓度转运葡萄糖的，用以控制人体葡萄糖代谢的平衡，而且在转运过程并不消耗能量，如果说胰岛素是机动部队，哪里有问题去哪里，葡萄糖转运体就是无私奉献的常驻部队，不到生命终结或任务结束的一刻，葡萄糖转运体就会不停的工作，最为值得称道的是，无论葡萄糖转运体的数量如何增加，都只会使血糖在细胞和组织间保持相对的血糖平衡，而不会出现血糖突然降低危及健康的现象。 也因此，医学界得出结论，身体葡萄糖代谢的真正主宰，是葡萄糖转运体，而不是胰岛素，调节身体糖代谢，必须从葡萄糖转运体入手。 不仅如此，人体所有细胞均需葡萄糖的营养供给，合成胰岛素的β细胞也不例外，特别是胰岛素的生成过程，需要大量营养供给，也就是只有葡

对葡萄糖转运蛋白的讨论(一)

对葡萄糖转运蛋白的讨论(一) 关键词：葡萄糖转运蛋白糖尿病胰岛素释放障碍胰岛素抵抗葡萄糖转运蛋白是细胞转运葡萄糖的载体。研究发现，葡萄糖转运蛋白（后简称GLUT）是一个蛋白家族，包括多种蛋白，它们在体内的公布以及与葡萄糖分子的亲合力差异显著。其中GLUT2和GLUT4尤为重要。GLUT2是胰岛B细胞膜上的转运蛋白，在血糖浓度升高时，促进GLUT2对葡萄糖的转运功能，继而刺激胰岛素释放。GLUT4在脂肪细胞和肌细胞中表达，胰岛素刺激GLUT4在脂肪细胞和肌细胞或表达，胰岛素刺激GLUT4分子转移到细胞膜上，促进葡萄糖分子的转运过程。GLUT2和GLUT4分子的研究对于糖尿病的胰岛素释放障碍和胰岛素抵抗有重要意义。 1GLUT的分类 除了肾和肠道有能量依赖性的钠-葡萄糖协同转运外，其它大多数细胞都有非能量依赖的转运体存在。它们将葡萄糖分子从高浓度向低浓度载过细胞膜。现已发现至少存在五种这样的转运蛋白，它们对葡萄糖的转运有各自不同的特点，分为GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4和GLUT5。GLUT1分子在人类所有组织中均存在，它调节葡萄糖摄取。它对葡萄糖分子有很高的亲合力，因此在相对低浓度葡萄糖的状态下也能转运葡萄糖分子。由于这个原因，GLUT1是一种重要的脑血管系统成分，保证足够血浆葡萄糖分子转运进入中枢神经系统。 与GLUT1不同，GLUT2分子对葡萄糖亲合力极低，似乎仅在血浆葡萄

糖水平相对较高时才作为转运体发挥载体功能。例如饭后，胰岛B细胞和肝细胞中起葡萄糖转运功能的分子就是GLUT2。这种生理功能抑制了正常状态或饥饿条件下肝脏对葡萄糖分子的摄取和胰岛素不正常分泌。OgawaY等人研究发现，对于Ⅱ型、Ⅰ型早期糖尿病人和胰腺移植失败的病人，在血糖浓度升高时，普通B细胞中GLUT2分子的表达有所下降。因此他们得出结论：对于上述病人，高血糖通过对GLUT2的下调作用减少葡萄糖诱导的胰岛分泌，加重病情。虽然，GLUT2分子是葡萄糖刺激胰岛素分泌的一个关键因子，但其他环节如糖激酶异常，ADP-核糖生成障碍等均与胰岛素分泌障碍有关，因此上述实验只能说明GLUT2分子在胰岛B细胞的葡萄糖转运中起着重要作用，其它结论还有待研究。 GLUT3分子在所有组织中均已发现，主要作为神经元表面的葡萄糖转运体，它对葡萄糖分子也有高亲合性，负责将葡萄糖从脑脊液转运至神经元细胞。 GLUT4主要存在于骨骼肌、脂肪细胞的胞浆中，一般情况下，不能起转运葡萄糖的作用，仅在胰岛素的信号刺激下，才能通过易位作用转运到细胞膜上，促进饭后葡萄进入上述组织中储存起来。 GLUT5在人类小肠刷状缘上表达，主要作为果糖转运体，在肝脏也高度表达。 2GLUT4分子是研究的一个热点 糖尿病的发病机制归纳而言无外乎两个方面，一是胰岛素分泌不足，

人源葡萄糖转运蛋白GLUT的晶体结构解读

葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构 宏观评述 一、背景介绍： 葡萄糖（D-glucose）是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源，也是人脑和神经系统最主要的供能物质；大脑平均每天消耗约120克葡萄糖，占人体葡萄糖总消耗量的一半以上。葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖作为一种有机大分子不能自由穿透疏水的脂质双层结构细胞膜进入细胞，其进出细胞需要通过镶嵌于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters）简称葡萄糖转运体（GLUT）转运功能才能得以实现。其中一类属于主要协同转运蛋白超家族（Major Facilitator Superfamily，简称MFS）的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，简称GLUTs）。在人体的14个GLUTs中，GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要，研究最广泛，GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上 皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。在已知的人类遗传疾病中，G L U T 1 功能完全缺失将致死，功能部分缺失会使细胞对葡萄糖吸收不足而导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病（GLUT1 Deficiency syndrome,又称De Vivo syndrome）同时也会因葡萄糖不能及时为人体利用消耗而导致血糖浓度的异常升高。另一方面，当发生癌变时，葡萄糖是肿瘤细胞最主要的能量来源，但是肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对

葡萄糖进行无氧代谢，同质量葡萄糖所提供的能量不到正常细胞的10%，因而对葡萄糖的需求剧增（这是被称为Warburg Effect的肿瘤 细胞代谢现象），在很多种类的肿瘤细胞中都观察到GLUT1的超量表达，以大量摄入葡萄糖维持肿瘤细胞的生长扩增，这使得GLUT1的表达量 可能作为检测癌变的一个指标。GLUT1–4是一种类胰岛素敏感型葡萄糖运输载体，它与2型糖尿病密切相关，细胞中GLUT1–4表达的减少 以及其转位的障碍都是引发糖尿病的重要因素。 二、研究介绍： 他们首先获得了GLUT1-4在大肠杆菌中的同源蛋白，XylE的结构。XylE在肠杆菌中负责将D-木糖以质子依赖的方式同向转运进入细胞。它与人的GLUT1-4蛋白有着高达50%的序列相似性，进化上高度保守。细菌GLUT1–4同源物XylE分别与D-木糖、D-葡萄糖和6-溴-6-脱氧-d-葡萄糖构成的三种复合物的晶体结构，分辨率分别为2.8、2.9 和2.6埃。其三维晶体结构中包含一个典型的由12个跨膜片段和一个独特的四螺旋结构域构成的主要协同转运蛋白超家族(Major Facilitator Superfamily，MFS)折叠。XylE被捕获在一个面向外（outward-facing）、部分闭合的构象中。 XylE蛋白的三维晶体结构呈现出典型的MFS家族折叠方式——由12个跨膜螺旋组成N端和C端两个以假两次轴对称的结构域。与已知结构的MFS超家族其它成员不同，XylE呈现出一种向细胞外侧开放、部分封闭的全新构象，并且具有一个独特的由4个α螺旋组成的胞内结构域。颜宁研究组获得了XylE与底物D-木糖，抑制剂D-葡萄糖，