人体磷酸盐转运和调控机制揭示

科技日报北京8月27日电 （记者陆成宽）人体究竟是如何外排磷酸盐的？这个问题一直是个谜。记者27日从中国科学院物理研究所获悉，利用冷冻电镜单颗粒技术，来自该所等单位的科研人员，对磷酸盐外排蛋白XPR1的结构和功能进行了深入分析，揭示了XPR1磷酸盐的转运和调控机制。相关研究成果在线发表于《自然》杂志。

磷是人体含量第六的常量元素，每个成年人大约含有1千克的磷。现代研究表明，磷几乎参与生命体所有的生理进程。

成年人每日从食物中获取约1000毫克磷酸盐，其中约700毫克磷酸盐在消化系统和泌尿系统中被人体吸收，剩余的磷酸盐通过尿液和粪便排出体外。被吸收的磷酸盐中，有85%储存于人体骨骼和牙齿中；14%进入细胞内液，维持细胞内的磷酸盐稳态；约1%的磷酸盐进入血清中，维持人体组织间的磷酸盐稳态。

尽管磷酸盐在人体中如此重要，但过多的磷酸盐积累仍会引发许多不良后果，包括心血管、肿瘤、抑郁和神经元疾病等并发症。因此，将多余的磷酸盐排出细胞外就显得尤为重要。

“目前，科学家已经找到哺乳动物唯一的磷酸盐外排蛋白XPR1。但是，XPR1如何在细胞上力挽狂澜，救磷失衡细胞于‘水火’？目前学界仍然没有搞清楚。”论文通讯作者、中国科学院物理研究所研究员姜道华坦言。

在最新的研究中，科研人员解析了XPR1处于关闭、开放和结合肌醇-6磷酸的三种不同构象的高分辨率结构。根据结构和功能结果，科研人员发现，XPR1中有三个由正电氨基酸形成的位点，利用正负电吸引的方式结合磷酸根；当这些磷酸根结合到XPR1后，会诱导XPR1发生构象变化，形成一个贯通细胞膜的通道，使磷酸根离子流出细胞。

该研究还发现，XPR1的结构类似于转运蛋白，但不同于绝大多数转运蛋白采用的交替开放的转运机制，其采取一种新颖的类似于通道的门控机制外排磷酸根。

姜道华表示，这项研究首次阐明了SPX结构域通过结合多磷酸肌醇调节XPR1的通量，提出多磷酸肌醇感知和磷酸盐输出之间的耦合机制。这些发现对人体磷酸根稳态研究至关重要。