心血管疾病是目前全球发病率和死亡率最高的疾病之一，血液中的胆固醇（Cholesterol）水平升高是导致动脉粥样硬化和冠心病等心血管疾病的主要因素。研究表明食物中的胆固醇主要是通过位于小肠绒毛上皮细胞中的Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）蛋白来转运进细胞的，NPC1L1也是降脂药物依则替米贝（Ezetimibe）的作用靶点。然而一直以来人们对于NPC1L1介导的胆固醇吸收机制和EZE对于NPC1L1的抑制机制仍不是很清楚，这也限制了进一步的降脂药物的优化与设计。
2021年7月17日，清华大学生命科学学院隋森芳院士课题组在Science Advances 上在线发表了题为：“人NPC1L1介导胆固醇吸收机制的结构研究 (Structural insights into the mechanism of human NPC1L1-mediated cholesterol uptake)” 的研究论文。通过结构生物学、细胞生物学以及生物化学等手段，阐明了NPC1L1感应胆固醇的机制和Ezetimibe的抑制机理，为进一步降脂药物的开发提供了重要的结构基础。
隋森芳团队解析了全长NPC1L1在Apo状态，N端截短的NPC1L1在Apo状态、胆固醇富集状态、以及结合Ezetimibe状态的冷冻电镜结构，分辨率分别达到了3.0 Å，3.2 Å、2.7 Å和3.5 Å。通过结构比对他们发现：NPC1L1蛋白中的甾醇敏感结构域（SSD）可以通过结合不同数量的胆固醇分子来响应胆固醇水平的变化。当胆固醇水平升高时，SSD结合更多的胆固醇分子，进而触发SSD中由胆固醇分子、磷脂小分子、胞内Loop 3-4 及 Loop 7-8所构成的结构簇（Cluster）的形成。而当加入Ezetimibe后，Ezetimibe结合到NPC1L1的中心neck区，其一个苯环深入进跨膜区，导致SSD的形变，从而破坏结构簇，抑制NPC1L1的功能。研究人员进一步通过构建Loop 3-4和Loop 7-8的突变体，并利用细胞生物学实验证实了该结构簇对于NPC1L1介导的胆固醇的吸收至关重要。这些结果为进一步深入研究NPC1L1的功能和Ezetimibe的作用机制提供了依据，并对开发新型胆固醇吸收抑制剂具有重要的意义。
清华大学生命科学学院隋森芳院士和孙珊副研究员为本文共同通讯作者。南方科技大学高级研究学者胡苗清（原清华大学博士后）、清华大学博士后杨帆、清华大学博士生黄雅文为本文的共同第一作者。清华大学博士生游鑫和清华大学博士后刘德生也为本研究做出了重要贡献。国家蛋白质科学研究（北京）设施清华基地冷冻电镜平台和计算平台为数据收集和处理提供了支持。膜生物学国家重点实验室、北京市结构生物学高精尖创新中心、北京市生物结构前沿研究中心、科技部、国家自然科学基金等为本研究提供了经费支持。
论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabg3188
NPC1L1在胆固醇富集状态下的结构。A 冷冻电子密度图。B 原子模型。虚线方框所示为由胆固醇分子、磷脂小分子、胞内Loop 3-4 及 Loop 7-8所构成的结构簇（Cluster）。
