李晓淳研究组致力于揭示细胞内重要生物分子在生理和病理过程中的作用机制，进而为相关疾病的治疗提供理论依据。截至目前，李晓淳研究团队已在 Nature、Cell、Science 等国际著名科学期刊发表高质量论文高达 40 篇，其中，2024 年一共发表 4 篇论文，影响因子高达 122.3。下面让小编带大家研读下李晓淳团队今年在结构生物学领域的研究成果（文末有其余 3 篇文献解读和作者简介）！
在哺乳动物细胞中，磷脂酰丝氨酸（PS）对细胞功能至关重要，其合成主要由磷脂酰丝氨酸合酶 1（PSS1）等催化。PS 参与细胞信号传导、死亡、凝血、胆固醇运输等关键过程。然而，PS 合成机制尚不完全明确。
近日，美国德州大学西南医学中心李晓淳研究团队在 Cell 期刊上发表研究，揭示了 PSS1 的催化机制，发现其与膜结合 O - 酰基转移酶家族的工作原理相似，且 PS 和抑制剂 DS55980254 对 PSS1 的别构调节机制，为理解哺乳动物 PS 合成过程提供了重要依据，也为调控胆固醇代谢提供了潜在靶点，有助于开发治疗相关疾病的新策略。
图 1 相关研究（图源：[1]）
图 2 机理模式图（图源：[1]）
一、PSS1 的结构与功能机制探究
PSS1 的结构到底是怎样的？研究人员利用冷冻电镜技术（cryo - EM）确定了野生型人 PSS1（PSS1WT）、突变体 PSS1P269S 以及与抑制剂 DS55980254（DS）结合的 PSS1WT 的结构。PSS1WT 以二聚体形式存在，每个单体含 10 个跨膜螺旋（TMs）和 4 个外周 α 螺旋（PH），TMs 4 - 8 形成的催化腔位于腔面叶，腔内有类似磷脂酰乙醇胺（PE）的脂质密度，且存在钙结合位点。二聚体界面由 TMs 1 - 3 和 TM9 参与组成，界面处还有疑似磷脂酰肌醇（PI）的脂质。通过实验发现，在补充不同浓度 L - 丝氨酸的条件下，与 PSS1WT 相比，突变体 PSS1P269S 表现出更强的活性，证实了 P269S 为功能获得性突变。同时，研究表明 DS 对 PSS1WT 和 PSS1P269S 的活性均有抑制作用，且测定了其对二者的 IC50 值，表明重组蛋白具有适当的酶活性（图 3）。
图 3 人 PSS1 的功能表征及整体结构（图源：[1]）
PSS1 如何催化 PS 合成以及与底物相互作用？PSS1 催化 PS 合成及与底物相互作用过程复杂且有序。研究表明，PSS1 分子中由 TMs 4-8 构成的催化腔开口朝向脂质双层和内腔，凭借腔内负电荷特性吸引带正电的底物磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）。钙离子在整个催化进程中扮演着不可或缺的角色，它为丝氨酸进入催化核心开辟了通道。从结构层面来看，催化中心附近具备充裕的空间，使得反应得以顺利进行。其中，组氨酸 H172 极有可能作为催化碱参与反应，在反应过程中，它促使丝氨酸的羟基失去质子，进而使得丝氨酸羟基氧获得足够的活性，对 PC 或 PE 的酯键发起亲核攻击，最终成功合成 PS。此外，研究人员通过对 PSS1 H172A 突变体的研究发现，PSS1 H172A 突变体几乎无活性，这有力证明了 H172 在催化过程中的关键作用。与此同时，Phe168 等残基在底物结合过程中同样具有不可忽视的重要意义。当这些残基发生突变时，酶的活性会受到显著影响，进一步表明 PSS1 与底物相互作用的精确性（图 4）。
图 4 PSS1 的催化机理（图源：[1]）
二、PSS1 抑制剂对细胞生理过程的影响
PSS1 抑制剂是怎样影响细胞生理过程的？研究人员通过冷冻电镜技术确定 DS 和 PSS1 的结合模式，研究表明，DS 结合在 PSS1WT 由 TM3、PH2、TM7 和 TM8 形成的腔内，亲水相互作用及 π-阳离子相互作用使其稳定结合，DS 结合导致 TM8 和 TM7 构象变化，固定 TM7 与 TM8 之间环的构象，此外，分子动力学模拟显示，DS 结合降低胞质 PS 结合位点动力学变化，与 PS 结合时类似，表明二者均为别构抑制剂（图 5）。这些结果表明 DS 对细胞生理过程影响显著。
图 5 PSS1 的特异性抑制剂 DS55980254 的抑制作用（图源：[1]）
PSS1 抑制剂是怎样影响胆固醇代谢的？在细胞实验中，用 DS 处理 CHO-K1 细胞和 SV589j 细胞，发现甾醇调节元件结合蛋白- 2（SREBP - 2）切割增加， LDL 受体（LDLR）mRNA 水平上升，表面 LDLR 表达增多，进而促进了 LDL 摄取。同时，DS 不引起胆固醇在溶酶体积累，且仅略微增加胆固醇合成，不诱导 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 还原酶（HMGCR）过度表达（图 6），表明 DS 可调节 SREBP 途径影响细胞胆固醇代谢，为相关疾病治疗提供潜在策略。
图 6 DS 刺激 LDLR 表达和 LDL 摄取，而不引起溶酶体中胆固醇积累或内质网中 HMGCR 的过度表达（图源：[1]）
本研究揭示了哺乳动物 PS 合成机制，为开发 PSS1 特异性抑制剂提供了理论依据，有助于探索降低血液胆固醇水平的新途径。尽管本研究取得了上述诸多成果，但仍存在一些有待解决的问题。例如，研究是在洗涤剂胶束中确定结构，PSS1 在不同纳米圆盘或天然细胞膜中的构象是否存在差异尚不得而知。此外，PS 合成后的翻转机制以及 PSS1 是否会与翻转酶形成复合物等方面，都需要进一步借助体外生化和细胞生物学研究来阐释，并且后续还需开展体内研究以明确靶向 PSS1 对降低胆固醇水平的实际功效。
除此之外，李晓淳团队今年还发表了 3 篇研究成果：
第一篇：
2024 年 10 月 22 日，来自美国德州大学西南医学中心的李晓淳研究团队在 Trends in Biochemical Sciences 期刊上发表了题为「Clues into Wnt cell surface signalosomes and its biogenesis」的文章，该文章讨论了近期关于 Wnt 形态发生素与其细胞表面受体相互作用、非 Wnt 蛋白 Cachd1 在 Wnt 信号传导中的作用以及脂质化 Wnt 的产生和分泌过程的结构研究，为理解 Wnt 信号通路在人类发育中的作用机制提供了重要线索，有助于深入研究细胞信号传导过程，对相关疾病（如癌症）的研究和治疗具有指导意义。
关键发现
确定了 Wnt 与 Frizzled（FZD）和低密度脂蛋白受体相关蛋白 5/6（LRP5/LRP6）结合的结构模式，如工程化的非洲爪蟾 Wnt8（haXWnt8）与小鼠 FZD8 的半胱氨酸富集域（CRD）和人 LRP6 的 E1E2 域结合的结构揭示了 Wnt 如何通过其 N 端和 NC - 连接体与 LRP6 结合，以及其另一侧与 FZD8 的 CRD 结合形成信号体，且不同 Wnt 的 NC - 连接体对其与 LRP6 的结合有偏好性，影响经典和非经典 Wnt 信号活性。
发现非 Wnt 蛋白 Cachd1 可作为天然 Wnt 替代物，在缺乏 Wnt 时通过与 FZD5CRD 和 LRP6E3 结合调节神经发生的不对称模式，其作用机制与 Wnt 类似，通过聚集 Wnt 受体的细胞质装置发挥作用，但其在大脑左右侧信号调节中的具体机制仍需进一步研究。
提出了 Wnt 在 ER 中生物发生的工作模型，涉及伴侣蛋白钙网蛋白（CALR）和 ERp57 协助 Wnt 折叠，随后 Wnt 与豪猪蛋白（PORCN）和 Wntless（WLS）相互作用进行脂质化修饰，最后 Wnt - CALR - PORCN - WLS 复合物促进棕榈油酸部分从 PORCN 转移到 WLS。
结论：这些研究成果有助于推进 Wnt 信号抑制剂的设计及其在再生医学中的应用，对相关疾病的研究和治疗具有指导意义。
第二篇：
2024 年 9 月 25 日，自华盛顿大学的 David Baker 教授和李晓淳副教授（参与者）在 Nature 期刊上发表了题为「Designed endocytosis-inducing proteins degrade targets and amplify signals」的文章，该文章揭示了设计的内吞诱导蛋白（EndoTags）通过与不同受体结合，触发细胞内吞作用，实现对靶蛋白的降解和细胞信号的调控，为靶向降解治疗提供了新的策略和工具，拓展了对受体介导的内吞作用及其在细胞信号调节中作用的理解。
关键发现
设计了针对胰岛素样生长因子 2 受体（IGF2R）、去唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）、sortilin 和转铁蛋白受体（TfR）的 EndoTags，能有效促进受体的内吞和溶酶体靶向。
EndoTag 融合蛋白可导致细胞表面受体（如 EGFR、PD - L1、CTLA4 等）的降解，且不同受体的 EndoTags 在不同组织中的分布特性可实现组织特异性的靶向降解。
EndoTag 融合到 PD - L1 抗体上，在小鼠肿瘤模型中显著提高了疗效，增加了小鼠的存活率。
通过 Co -LOCKR 系统利用 EndoTags 实现了逻辑门控的靶向降解，可根据肿瘤微环境中的特定标志物精确靶向特定细胞。
EndoTag 融合到合成信号系统（如 ortho - SNIPR）的配体上，可增强信号传导，信号增强倍数高达 100 倍。
结论：EndoTag 方法在靶向降解治疗方面具有巨大潜力，可作为靶向降解诱导剂、内吞依赖途径的信号激活剂以及靶向抗体 - 药物和抗体 - RNA 偶联物的细胞摄取诱导剂，为蛋白质和细胞疗法提供了更精确和可控的靶向降解策略。
第三篇：
2024 年 5 月 23 日，美国德州大学西南医学中心李晓淳研究团队在 Nature communications 期刊上发表了题为「Structure and inhibition of the human lysosomal transporter Sialin」的文章，该文章解析了人类溶酶体转运蛋白 Sialin 在不同状态下的结构，包括 apo 胞质开放、apo 腔开放、N - 乙酰天冬氨酰谷氨酸（NAAG）结合和抑制剂结合状态，揭示了 Sialin 运输底物的机制，为理解 SLC17 转运蛋白家族的工作模式提供了模型，有助于深入了解溶酶体运输系统的功能和相关疾病的发病机制，为开发治疗溶酶体贮积症的药物提供了理论基础。
关键发现
Sialin 具有经典的 MFS 折叠结构，由 12 个跨膜螺旋组成，在不同 pH 条件下呈现胞质开放或腔开放构象，其构象变化受特定残基（如 Arg168、Ser61 等）的相互作用调控。
鉴定了 Sialin 中可能与底物结合的关键残基，如在运输唾液酸时，His298、Tyr301 和 Ser411 可能起重要作用；在运输 NAAG 时，Tyr54、Gln207、Ser411 和 His414 参与结合。
发现 Sialin 抑制剂 Fmoc - Leu - OH 结合在胞质开放腔中，通过疏水相互作用锁定 Sialin 构象，阻止底物进入转运途径。
通过分子动力学模拟等方法，推测 Glu171 和 Glu175 可能作为质子传感器参与质子耦合，且一些突变（如 SialinE171A/E175A 等）会影响 Sialin 的运输效率。
结论：明确了 Sialin 在运输唾液酸和神经递质过程中的关键结构特征和功能机制，建立了与 Salla 病和婴儿唾液酸贮积症（ISSD）相关突变的分子蓝图，为进一步研究 SLC17 转运蛋白家族的神经递质运输机制提供了参考，同时强调了体外运输测定和精确控制离子环境对验证相关假设的重要性。
【2401】论文写作干货资料（100 页）
【2402】国内重点实验室分子生物学实验方法汇总（60 页）
【2403】2024 最新最全影响因子（20000+ 期刊目录）
