前言
在人类基因组中，SLC26 家族共包含11个基因，编码10种蛋白，主要介导多种阴离子的跨膜转运。阴离子稳态对于维持机体的水-电解质平衡至关重要，一旦阴离子转运失调，就会引发多种代谢与发育异常。
SLC26A7作为SLC26 家族成员，与 Pendrin（SLC26A4）可协同介导甲状腺碘转运，SLC26A7 突变患者亦被诊断为先天性甲状腺肿性甲减。得益于冷冻电镜（cryo-EM）革命，SLC26 家族蛋白的结构研究取得长足进展，然而针对SLC26A7的研究仍不清晰。碘离子如何被识别、如何跨膜转运仍是未解之谜。
近日，一篇发表于《Nature Communication》的文章使用冷冻电镜解析了人源SLC26A7 在脱辅基（apo）与碘离子结合（iodide-loaded）两种状态下的高分辨率结构，结合全细胞膜片钳、分子动力学学模拟和结构-功能突变实验，发现了SLC26A7的新作用口袋，并阐明了SLC26A7转运碘离子的分子机制，为相关疾病的精准药物研发奠定了结构基础。
全篇研究以冷冻电镜解析出来的SLC26A7蛋白质结构为基础延展开来，体现出冷冻电镜在蛋白质尤其是膜蛋白结构与功能的研究中的重要作用，展示了冷冻电镜在未来的精准药物开发中的巨大作用潜力。
高分辨率解析SLC26A7“双态“结构
研究团队把全长的 SLC26A7 用 HEK293F 体系重组表达，在纯化全程加入 20 mM NaI，确保碘离子结合状态。使用标准 vitrification + Titan Krios 300 kV 进行数据采集，获得3.2 Å（核心区域 3.0 Å）apo （无底物）状态结构，3.1 Å I- 结合状态结构。
结果显示，无底物结合的SLC26A7 呈现“结构域交换”的二聚体形式：一个原聚体（protomer）的 STAS 结构域位于另一个原聚体的跨膜结构域（TMD）附近。跨膜结构域（TMD）可进一步划分为：核心结构域（core domain）：TM1–4 和 TM8–11；门控结构域（gate domain）：TM5–7 和 TM12–14。
发现SLC26A7碘离子“双位点”识别机制
在 cryo-EM 差值密度图中捕捉到两个额外密度，命名为 I1 与 I2。令人兴奋的是，I2是研究团队首次发现的全新离子转运位点。
I1 位点是 SLC26 家族经典底物结合位点，由 TM3 和 TM10 形成。关键配位残基：F68, F104, A105, A365。
I2 位点位于门控结构域（gate domain）TM5 与 TM13–14 连接环。关键配位残基包括 TM5 上的 A186、H189，以及 TM13–TM14 连接环上的 A452、A453；核心结构域 TM3 的 L109 也参与其中。
分子动力学（MD）模拟结果表明：
-
I1 位点：Cl⁻ 与 I⁻ 均稳定存在；
-
I2 位点：Cl⁻ 迅速解离至外侧溶液，而 I⁻ 停留时间显著更长。因此，I2 位点更可能是特异性结合 I⁻的位点。
电生理验证关键残基功能：
-
F104A 或 F104K 突变 → 离子电流显著增大；F104E 突变 →离子电流减小。提示该残基是“能量栅栏”，决定离子筛选。
-
H189A 或 H189E 突变 → I2 位点的离子 转运活性受抑制。证实 H189 是离子通过“咽喉”。
冷冻电镜捕获SLC26 转运离子的中间态
作者把 SLC26A7 与SLC26家族内已知结构做系统比对（SLC26A9–inward, Prestin–intermediate, Pendrin–outward），A7 的构象介于 inward 与 outward 之间，是离子转运过程中的“中间态“。且A7的无底物（apo）态和碘结合态结构几乎完全一致（RMSD＝0.427 Å），表明底物结合几乎不引起整体构象变化。
Core 域相对 gate 域出现 ~90° 的“电梯式”位移，TM3/TM10/TM8 发生显著形变，核心域整体朝向胞外方向的移动支持 SLC26 家族蛋白采用“电梯式”转运模型。
双孔道模型与能量壁垒分析
通过分子动力学与自由能计算，研究团队提出了SLC26A7的双孔道模型（PORE1和PORE2）：
PORE1对应I1位点，孔径较小，离子一旦进入难以逃逸；PORE2对应I2位点，更利于碘离子的结合与通过。这些发现不仅解释了SLC26A7对碘离子的偏好性，也为其功能调控提供了结构依据。
回顾与展望
结构生物学持续引领药物研发方向
对膜蛋白分子作用机制的深入研究，是现代生命科学的核心前沿，其意义远超越对单一蛋白功能的阐释。膜蛋白作为细胞的“守门人”和“通信官”，掌管着物质运输、能量转换、信号识别等几乎所有关键的跨膜生命活动。它们的功能失常与癌症、神经退行性疾病、心血管疾病、代谢综合征等人类重大疾病直接相关。
本篇研究首次在原子层面上揭示了SLC26A7如何识别并转运碘离子，其独特的双位点机制和构象变化为我们理解SLC26家族的底物选择性提供了全新视角。这其中冷冻电镜技术贡献了重要的作用。作为破解“黑箱“的”钥匙“，它使得科学家能够直接在近原子分辨率下“看见”这些难以捕捉的膜蛋白工作状态——结合底物时的微妙变化、转运过程中的中间态构象、以及与其他分子相互作用的精细界面。
未来这些结构信息将为开发针对SLC26A7相关疾病（如甲状腺功能异常、肾结石等）的靶向药物奠定了坚实基础。
「青云瑞晶」提供专业的结构解析技术服务：
-
蛋白表达与纯化：多种表达系统重组蛋白制备，为结构解析提供高纯度样本，也可用于功能实验。
-
蛋白结构解析：自拥有X射线衍射（XRD）、冷冻电镜（Cryo-EM SPA）和微晶电子衍射（MicroED）三大技术，依据蛋白特性优选方法。
-
冷冻电镜服务：配备200 kV和300 kV高端冷冻电镜设备，机时充裕。
-
分子互作测试：提供包括ITC、SPR、MST、DSF/TSA、NanoDSF、BLI在内的多种分子互作检测技术。
服务特色：
-
蛋白-结构一站式服务：从蛋白制备到结构解析全程覆盖，减少环节延迟，加速研发。
-
多技术平台支持：灵活选用不同技术，提高解析成功率和效率。
-
专业团队与先进设备：资深科研团队与高端设备保障数据准确性和项目可靠性。
「青云瑞晶」致力于为学术与工业客户提供高效、精准的技术支持，助力科研突破与创新应用。
