血栓素A2受體結(jié)構(gòu)抗心血管疾病藥物作用機(jī)制

　　近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所在抗心血管疾病藥物靶點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和功能研究方面取得新進(jìn)展——首次測定了血栓素A2受體TP分別與兩種劑結(jié)合的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，了該受體與多種藥物的相互作用機(jī)制，為治療心血管疾病的藥物研發(fā)提供了重要的依據(jù)。研究于倫敦時(shí)間12月3日在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Chemical Biology上在線發(fā)表，通訊作者為研究員吳蓓麗和趙強(qiáng)。

　　前列腺素在人體內(nèi)發(fā)揮極為重要的生物學(xué)功能，介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化和凋亡等重要的生理活動(dòng)。鑒于前列腺素的重要性，1982年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)授予三位在前列腺素和相關(guān)生物活性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)中做出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。人體內(nèi)的前列腺素包括前列腺激素P2、PGE2、PGF2α、PGI2和血栓素A2，通過與各自的前列腺素受體相互作用發(fā)揮功能。前列腺素受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupled receptor，GPCR）超家族中的脂類受體家族，其中，血栓素A2受體TP在血小板聚集和血管平滑肌細(xì)胞收縮等生理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此是治療動(dòng)脈粥樣硬化和高血壓等心血管疾病藥物的重要靶點(diǎn)。由于TP與其配體的作用機(jī)制不明，靶向該受體的抗心血管疾病藥物開發(fā)進(jìn)展緩慢，候選藥物普遍存在性較差、副作用強(qiáng)等問題。

　　此次，吳蓓麗和趙強(qiáng)科研團(tuán)隊(duì)成功測定了TP分別與非前列腺素類小劑雷馬曲班（Ramatroban）和達(dá)曲班（Daltroban）結(jié)合的兩個(gè)復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，利用氨基酸突變和配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合以往的化合物結(jié)構(gòu)與活性相關(guān)性數(shù)據(jù)，在原子水平上闡明了TP與這兩種劑的精細(xì)結(jié)合模式，指明了受體中對(duì)配體識(shí)別發(fā)揮作用的關(guān)鍵氨基酸。雷馬曲班和達(dá)曲班都是作為抗心血管疾病藥物開發(fā)的TP劑，然而其研發(fā)進(jìn)程很不理想，雷馬曲班僅在日本被批準(zhǔn)為治療哮喘和過敏性鼻炎的藥物，達(dá)曲班則止步于臨床III期試驗(yàn)階段。TP與這兩種藥物的復(fù)合物結(jié)構(gòu)了這些藥物的作用機(jī)理，并為靶向該受體的藥物設(shè)計(jì)提供了高精度的結(jié)構(gòu)模板，將極大推動(dòng)后續(xù)的藥物優(yōu)化和新型藥物研發(fā)，以獲得藥效好、副作用低的藥物。

　　研究還發(fā)現(xiàn)，TP受體具有一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其N端區(qū)域和第二個(gè)胞外環(huán)分別與受體的第三個(gè)跨膜螺旋通過二硫鍵相連，使TP的胞外區(qū)域在配體結(jié)合口袋的入口處形成一個(gè)兩層“蓋子”結(jié)構(gòu)，這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)從未在其它GPCR結(jié)構(gòu)中被發(fā)現(xiàn)。該“蓋子”結(jié)構(gòu)切斷了配體從受體的胞外區(qū)進(jìn)入結(jié)合口袋的徑，很可能使配體改道經(jīng)由磷脂雙層，從TP受體側(cè)面第一個(gè)和第七個(gè)跨膜螺旋之間的缺口進(jìn)入配體結(jié)合位點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)有助于進(jìn)一步深入理解TP發(fā)揮生物學(xué)功能的機(jī)制，并拓展了對(duì)于脂類受體的配體識(shí)別和結(jié)合機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

　　為了進(jìn)一步探究TP及其它前列腺素受體對(duì)配體的選擇性識(shí)別機(jī)制，研究人員基于TP受體的晶體結(jié)構(gòu)，針對(duì)兩種前列腺素類配體SQ-29548和U46619，利用計(jì)算機(jī)對(duì)接模擬預(yù)測了TP受體中參與結(jié)合前列腺素類配體的關(guān)鍵氨基酸。在此基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用氨基酸突變、配體結(jié)合和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等研究手段，進(jìn)一步了這些關(guān)鍵氨基酸在配體識(shí)別和受體活化過程中發(fā)揮重要作用。此外，還發(fā)現(xiàn)前列腺素受體的第一個(gè)和第二個(gè)跨膜螺旋通過與前列腺素的中央取代基團(tuán)結(jié)合，對(duì)不同前列腺受體選擇性識(shí)別不同前列腺素起決定作用，而與前列腺素兩端的側(cè)鏈基團(tuán)相互的氨基酸則主要調(diào)控受體的激活。這些發(fā)現(xiàn)了TP對(duì)不同類型藥物的性識(shí)別機(jī)制，以及不同前列腺素受體對(duì)配體的選擇性機(jī)制，并促進(jìn)了對(duì)于前列腺素受體細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的深入理解，對(duì)于設(shè)計(jì)高選擇性的新型藥物具有十分重要的指導(dǎo)意義。

　　研究論文的第一作者是上海藥物所博士研究生范恒新和陳雙紅，該項(xiàng)研究的參與者還包括上海藥物所研究員許葉春、博士韓碩、博士研究生袁小晶、張慧和上海交通大學(xué)教授夏偉良。該項(xiàng)研究獲得來自科技部、中科院和國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助。

　　圖：血栓素A2受體TP的三維結(jié)構(gòu)示意圖。TP在血小板凝集中發(fā)揮關(guān)鍵作用，是治療心血管疾病藥物的重要作用靶點(diǎn)。圖中TP結(jié)構(gòu)以綠色飄帶和灰色表面圖表示，非前列腺素類劑Ramatroban、Daltroban和前列腺素類配體SQ-29548、U46619分別用紫紅色、青色、綠色和球狀圖表示。（圖片由吳蓓麗研究組提供）