2025年5月1日，清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院物理研究所、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等多單位合作，在《自然通訊》（Nature Communications）雜志在線發(fā)表了題為 “Structure and transport mechanism of human riboflavin transporters” 的論文。該項(xiàng)研究首次解析了人源核黃素（維生素B2）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 RFVT2 和 RFVT3 與核黃素復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了核黃素識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制，為理解相關(guān)生理過(guò)程和疾病機(jī)制提供了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

核黃素（維生素 B2）作為許多酶的關(guān)鍵輔助因子前體，在細(xì)胞生長(zhǎng)和功能中發(fā)揮著不可或缺的作用。人體無(wú)法自身合成核黃素，其攝取、分布和代謝依賴于三種核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（RFVT1 - 3）。然而，這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如何識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素，以及 RFVT3 在低 pH 下活性增強(qiáng)的機(jī)制此前并不清楚。

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì) RFVT2 和 RFVT3 的功能特性進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)它們雖對(duì)核黃素具有相似的特異性，但 pH 依賴性存在明顯差異。為了進(jìn)一步探究其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用 GFP 和納米抗體作為標(biāo)記，成功解析了 RFVT2 處于外向封閉狀態(tài)、RFVT3 處于內(nèi)向開放狀態(tài)時(shí)與核黃素復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)，明確了核黃素在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中的結(jié)合位點(diǎn)及關(guān)鍵相互作用殘基，還發(fā)現(xiàn)了 RFVT3 中兩個(gè)酸性殘基 D119 和 E145 決定其 pH 依賴性活性的重要機(jī)制。

此外，研究人員通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，深入探討了核黃素結(jié)合引起的構(gòu)象變化以及其在不同狀態(tài)下的結(jié)合自由能差異。基于這些研究結(jié)果，團(tuán)隊(duì)提出了 RFVTs 轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素的 “rocker-switch” 機(jī)制，完善了對(duì)其轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的理解。

該研究揭示了人源核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，為深入理解核黃素代謝相關(guān)生理過(guò)程和疾病發(fā)生機(jī)制提供了理論依據(jù)，還為以 RFVTs 為靶點(diǎn)的藥物研發(fā)開辟了新的方向，有望為相關(guān)疾病的治療帶來(lái)新的策略。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所姜道華研究員、清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功教授和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)姜巨全教授為本文共同通訊作者。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生王柯、中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士后陳慧文、原清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功課題組博士后程麗麗、北京大學(xué)趙珺、北京望石智慧科技有限公司黃博為本論文的共同第一作者，陳立功教授實(shí)驗(yàn)室博士生賀新和袁雅萱也做出了重要貢獻(xiàn)。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資金支持。特別感謝清華大學(xué)藥學(xué)技術(shù)中心提供質(zhì)譜測(cè)試。