清華團隊找到“餓死”癌細胞良方

這是清華大學顏寧研究團隊捕捉到的GLUT1晶體結構圖。 清華大學盛心磊製作

昨天， 清華大學醫學院顏寧研究團隊公佈人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的晶體結構，

這是世界上首次成功解析葡萄糖轉運蛋白晶體結構。 清華團隊還初步揭示出其工作機制及致病機理， 有望據此找到治療糖尿病、甚至“餓死”癌細胞的良方。 該成果已在昨天出版的《自然》雜誌發表。

葡萄糖是人腦和神經系統最主要的供能物質。 據估算， 大腦平均每天消耗約120克葡萄糖， 占人體葡萄糖消耗總量的一半以上。

葡萄糖代謝首先要進入細胞。 但細胞膜疏水， 親水的葡萄糖無法自行進入細胞， 只能依靠轉運蛋白這個“運輸工具”。 葡萄糖轉運蛋白鑲嵌於細胞膜上， 如同在細胞膜上開闢大門， 迎接葡萄糖。

GLUT1（glucose transporters簡稱GLUT）是葡萄糖轉運蛋白家族中最著名的一個。 GLUT1功能缺失， 細胞對葡萄糖吸收不足， 會導致大腦萎縮、智力低下、發育遲緩、癲癇、血糖濃度異常升高等，

重則能致人死亡。

據瞭解， 人類對葡萄糖跨膜轉運的研究已有百年歷史， 但一直無人成功獲得GLUT1的三維結構。 2009年起， 清華女教授顏甯帶領的年輕研究團隊開始攻關， 今年1月解開這道“世界難題”。

研究人員發現， 只有當分子有序排列時才能形成晶體， 以獲得三維結構， 但GLUT1過於“活潑”。 經過長期摸索， 研究人員引入一種氨基酸突變， 減緩GLUT1的工作速度；同時在4℃的低溫下， 降低分子運動速度， 終於結晶成功。 結構圖中， GLUT1呈現12次跨膜結構， 向細胞內開口。

顏寧的研究並未止步。 計畫捕獲多張不同狀態下的結晶圖， 組成“分子電影”， 分析其工作機制。 目前， 研究人員已獲得3個晶體結構圖，

再捕捉一個向外開口的晶體結構圖， 即可揭示GLUT1的整個運行過程。

掌握GLUT1的運行奧秘， 對癌症治療意義重大。 據研究人員解釋， 葡萄糖是癌細胞的惟一“口糧”， GLUT1在細胞中顯著過量， 往往意味著有癌變發生。 顏寧分析， 依據GLUT1晶體結構圖， 能準確設計出小分子抑制劑， 阻斷癌細胞消耗葡萄糖， “餓死”癌細胞。

瞭解GLUT1的秘密還有助於糖尿病治療。 糖尿病與GLUT1的“兄弟”GLUT4密切相關， 兩種轉運蛋白長相相似。

如果人體內的葡萄糖無法被GLUT4轉運至細胞內， 就只能在血管中累積。 糖尿病患者使用的胰島素， 就是為了讓GLUT4聚集於細胞膜上， 轉運葡萄糖。 研究人員預測， GLUT4很可能成為治療糖尿病的靶點。