2026年6月17日，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授课题组在Journal of Chemical Information and Modeling在线发表了线粒体ADP/ATP载体（AAC）底物转运机制与疾病表型异质性的最新研究成果（原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jcim.6c01006）。该研究结合AlphaFold3结构预测、分子动力学模拟和酵母功能实验，在AAC中鉴定并验证了一个新的ADP结合位点（S2），系统阐明了该位点相关残基在ADP转运中的作用，并揭示了致病突变的空间分布如何决定疾病严重程度的分子逻辑。
AAC（又称ANT）是线粒体内膜上负责交换胞质ADP和线粒体ATP的关键转运蛋白，直接控制着细胞的能量流动与代谢稳态。编码AAC的人类基因SLC25A4（ANT1）突变会导致一系列严重的线粒体疾病：轻则引发进行性眼外肌麻痹伴线粒体DNA多缺失（PEOA2），重则导致婴儿致死性的线粒体DNA耗竭综合征12A/B（MTDPS12A/B）。这些疾病在发病年龄、严重程度和组织特异性上差异悬殊，但其分子基础长期以来尚不明确。
在本研究中，团队成员首先利用AlphaFold3对AAC与ADP的复合物进行结构预测。当逐步突变破坏经典底物结合位点S1后，ADP的预测结合位置向上移动至转运腔上部一个全新的位点——S2，该位点由碱性残基K92、K96、R188和芳香族残基Y187/Y191/F192/Y195等构成。多轮独立预测均一致复现了这一结合模式，从结构层面证实了AAC存在第二个底物结合位点。
随后，研究团队通过系统的分子动力学模拟和实验验证，逐一解析了S2位点各残基的功能分工。结果表明，R188是特异性识别“锚点”，直接与ADP的两个磷酸基团形成稳固的盐桥网络，是S2位点中最重要的残基；K92和K96负责招募ADP，通过静电吸引将ADP拉入S2位点；芳香族“梯子”（Y187/Y191/F192/Y195）和极性残基N116则协助ADP从“反式”（anti）构象翻转为“顺式”（syn）构象——这是底物向下转运至S1位点的关键步骤。基于以上发现，团队提出了新的AAC底物转运模型：ADP首先在S2位点完成识别和构象调整，随后向下移动至S1位点，触发AAC从胞质开放态（c-state）向基质开放态（m-state）的构象转变。
致病突变在AAC三维结构中的空间分布与其疾病严重程度呈现出清晰的对应关系。PEOA2相关突变（轻度）聚集在S2位点附近，这些突变通过间接方式影响S2周围结构，造成局部“扰动”，但保留部分转运功能。而MTDPS12A/B相关突变（致死）则聚集在S1位点和m-gate区域，这些突变将大幅改变蛋白盐桥网络，直接影响底物结合和蛋白结构稳定。
综上所述，本研究鉴定并验证了AAC存在第二个底物结合位点及其转运机制，并建立了致病突变空间分布与疾病严重程度之间的结构-功能关系框架。该发现为理解AAC相关疾病的表型异质性提供了分子基础，也为相关疾病的精准诊治和潜在治疗靶点开发奠定了理论基础。
该研究受到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的支持。浙江大学国际健康医学研究院博士后姚世豪、博士后何晓为本文共同第一作者，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。
通讯作者介绍
管敏鑫，浙江大学求是讲席教授，973首席科学家。1983年毕业于杭州大学生物系，1993年获澳大利亚国立大学博士学位；1993-1999年任加州理工学院博士后；1999-2011年在辛辛那提大学儿童医院任助理教授、副教授、教授；2011年全职回到浙江大学工作，曾任生命科学学院院长、医药学部副主任，现任遗传学研究所所长。
曾获5项美国国立卫生研究院RO1基金，主持973计划，科技部重点研发计划，国家自然科学基金重点项目等课题。长期从事遗传性线粒体疾病的基础研究和临床转化，已建立3000余家系的母系遗传性耳聋、2000余家系的遗传性视神经病变的队列，围绕这些线粒体功能障碍所致出生缺陷的致病机制和精准诊治，开拓创新，取得了一系列具有国际领先水平的原创性研究成果并形成重要的理论体系。破解氨基糖苷类抗生素“一针致聋”之谜，发现了3个调控线粒体12S rRNA基因突变耳聋表型表达的核修饰基因TRMU、MTO1、GTPBP3，创新性地提出了核修饰基因和线粒体基因相互作用导致耳聋的新理论；多维度诠释线粒体tRNA突变位点通过影响tRNA结构稳定性、转录前体剪切、核苷酸修饰、氨基酰化以及线粒体DNA复制导致耳聋的新机制；在耳聋患者源的遗传缺陷型组织中实现iPSC的遗传矫正，实现听力功能重塑；授权国家发明专利9件，多项成果得到转化和广泛应用。
管敏鑫教授累计在J Clin Invest、Am J Hum Genet、Nucleic Acids Res、Circ Res等期刊上发表论文249篇；连续10年（2014-2023年）入选“Elsevier生化、遗传和分子生物学”高被引学者。曾获2次国家科技进步二等奖、谈家桢生命科学创新奖等奖励；授权国家发明专利11件；主编《医学遗传学》等教材；曾担任美洲华人遗传学会主席（2007-2008）和亚洲线粒体医学及研究学会主席（2011-2014）。
