圖. CCR1偶聯(lián)G蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

洪恒飛 吳雅蘭 科技日報記者 江耘

哮喘是全球常見的慢性疾病之一。根據(jù)中國肺部健康（CPH）研究組2019年在《柳葉刀》發(fā)表的研究報告，我國約有4570萬成人哮喘患者，近70%未確診，95%未規(guī)范治療。現(xiàn)有的治療策略下，哮喘的臨床控制依然不理想。因此，針對哮喘發(fā)病機制、病理過程以及新治療靶標(biāo)的研究亟待突破。

1月中旬，記者從浙江大學(xué)獲悉，浙大醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院沈華浩、應(yīng)頌敏教授課題組，聯(lián)合浙大醫(yī)學(xué)院張巖教授課題組攻關(guān)，利用冷凍電鏡技術(shù)首次成功解析了在哮喘炎癥中起到關(guān)鍵作用的趨化因子受體CCR1在不同長度的CCL15配體作用下的G蛋白復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)，闡明了該受體的內(nèi)源性配體識別與偏向性信號激活機制，為今后靶向CCR1受體的哮喘藥物研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果已發(fā)表在《自然-化學(xué)生物學(xué)》（Nature Chemical Biology）。

高分辨率電鏡解析下 關(guān)鍵角色浮出水面

趨化因子受體CCR1屬于A類G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）。GPCR被學(xué)界認(rèn)為是人體中最大的細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體和最重要的藥物靶標(biāo)。

早在2003年，沈華浩就率先證實了嗜酸性粒細胞可直接引發(fā)哮喘。經(jīng)過此后十余年的研究，其團隊又明確了趨化因子受體CCR1的激活在哮喘炎癥中的關(guān)鍵作用，首次提出CCR1及其配體是哮喘治療的新靶標(biāo)。

沈華浩說，從發(fā)病機制看，趨化因子受體CCR1及其配體在哮喘發(fā)病中起著關(guān)鍵作用，但一直沒能成功研發(fā)出藥物，因此我們下定決心要在CCR1的結(jié)構(gòu)藥理學(xué)方向進行探索，尋找藥物開發(fā)失敗的關(guān)鍵因素。

“我們明明已經(jīng)知道了CCR1受體的激活在炎癥中的關(guān)鍵作用，為什么卻不能完全抑制它？關(guān)鍵還在于沒有摸透它的內(nèi)在機制，所以不能進行精準(zhǔn)調(diào)控。”應(yīng)頌敏說，團隊希望能夠深度解析受體與配體相互作用模式信息，揭開這個謎團。

聯(lián)合團隊利用冷凍電鏡技術(shù)，首次成功解析CCR1在不同長度的CCL15配體作用下的G蛋白復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)后，研究發(fā)現(xiàn)，炎癥狀態(tài)下，人體內(nèi)金屬酶的分泌會增加，它就像一把鋒利的刀，可以把CCL15配體切割成不同長度的三種亞型：CCL15L、CCL15M 和CCL15S。

研究人員解釋，這三類因子，就會導(dǎo)向不同的信號通道，好比它們同樣接到了去逛街的指令，但有的去了東大街，有的去了西廣場。

為什么會產(chǎn)生這樣的差異？經(jīng)過高分辨率的電鏡密度顯示，一個隱秘的關(guān)鍵角色浮出水面。

該研究發(fā)現(xiàn)，位于CCR1正構(gòu)結(jié)合口袋底部的Tyr2917.43氨基酸側(cè)鏈在不同配體作用下會表現(xiàn)為截然不同的構(gòu)象。突變該氨基酸后，CCL15的偏向性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特性幾乎完全消失，這就提示Tyr2917.43是介導(dǎo)CCL15對CCR1的偏向性激活的關(guān)鍵氨基酸位點。

影響多項信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 特殊位點值得深究

“Tyr2917.43就像是個鐵路上的扳道工，可通過拉閘決定信號往哪條通道走。”張巖說，知道了信號分子如何激活CCR1，反之就有助于人為抑制CCR1受體。之后的哮喘藥物研發(fā)可能就會考慮如何封住這個“扳道工”的行動。

結(jié)合基于結(jié)構(gòu)的功能研究和計算機模擬結(jié)果，該研究首次闡述了Tyr2917.43在GPCR的配體識別和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵作用。

聯(lián)合團隊的這項研究的初衷是促進哮喘新藥物的研發(fā)，但隨著進一步研究，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)，Tyr2917.43不僅在CCR1的配體識別和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在90余種A類GPCR中也高度保守并發(fā)揮作用，包含阿片類受體、血管緊張素受體等。

據(jù)了解，阿片類受體的配體嗎啡是臨床上用于鎮(zhèn)痛的藥物，其副作用也很明顯，不但容易上癮，而且會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)和腸道系統(tǒng)的抑制，若不控制好使用量就會引發(fā)嚴(yán)重的不良反應(yīng)甚至是死亡。

“聯(lián)合團隊的這項研究系統(tǒng)探索了Tyr2917.43位點在受體響應(yīng)外部信號激活中的作用，為今后鎮(zhèn)痛等靶向GPCR的偏向性藥物發(fā)現(xiàn)也指明了道路。” 應(yīng)頌敏認(rèn)為，也許未來可以研發(fā)出療效更好、副作用更小的藥物。

沈華浩說：“接下來我們會致力于結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向的CCR1靶向小分子藥物的開發(fā)，目前團隊已經(jīng)在小分子藥物和CCR1的識別機制研究中取得了一定進展。”

關(guān)鍵詞： 靶向 哮喘 新思路