G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是一類具有七次跨膜螺旋的膜受體蛋白，幾乎參與了所有生理和病理過(guò)程。作為重要的藥物靶點(diǎn)，目前近40%的藥物通過(guò)GPCR發(fā)揮藥效。代謝型γ—氨基丁酸受體（GABAB）是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)受體，參與大腦冷靜的調(diào)控，其失調(diào)導(dǎo)致了癲癇、焦慮、抑郁、精神分裂等在內(nèi)的眾多神經(jīng)和精神疾病。
然而靶向藥物的發(fā)現(xiàn)困難重重，其主要原因在于候選藥物無(wú)法精準(zhǔn)識(shí)別GABAB受體，容易產(chǎn)生脫靶效應(yīng)，從而達(dá)不到預(yù)期效果并帶來(lái)不良副作用。而由于目前缺少C型GPCR高分辨的三維結(jié)構(gòu)，為高特異性的藥物篩選以及設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
近日，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)系、醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院、教育部腦與腦機(jī)融合前沿科學(xué)中心以及浙江省免疫與炎癥疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張巖研究員課題組與華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉劍峰課題組聯(lián)合在國(guó)際知名期刊《細(xì)胞研究》（Cell Research）上發(fā)表封面工作，首次報(bào)道了人源全長(zhǎng)異源二聚體GABAB受體的多種狀態(tài)的精細(xì)三維空間結(jié)構(gòu)，該發(fā)現(xiàn)闡明了GABAB受體的激活機(jī)制，揭示了受體正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的新穎結(jié)合口袋。該研究成果為基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)提供了解析度最高的模板，為今后靶向GABAB受體的藥物研發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。
浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后毛春友、浙大-華科大聯(lián)合培養(yǎng)博士生申倉(cāng)松為共同第一作者，張巖研究員和劉劍峰教授為本論文共同通訊作者。本研究使用蛋白質(zhì)樣品均在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)平臺(tái)制備；電鏡數(shù)據(jù)在浙江大學(xué)冷凍電鏡中心收集。
不是一家人不進(jìn)一家門
藥物信號(hào)是如何通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體傳遞的呢？
人體好比是一座大廈，細(xì)胞就是大廈里面的房間，那么GPCR受體就是各類大門用來(lái)溝通信息，G蛋白三聚體就像幸福的一家人，只有拿到正確的鑰匙（GPCR的調(diào)節(jié)劑）之后，才能走進(jìn)家門過(guò)著豐富多彩的生活。在體內(nèi)有很多類似的門，細(xì)胞通過(guò)不同的“門”接受不同的外界信息，發(fā)揮不同的作用。
作為人體總指揮官的大腦需要保持適當(dāng)?shù)呐d奮度。如果過(guò)于興奮或者低落，就會(huì)產(chǎn)生不良后果。那么如何讓大腦保持適當(dāng)興奮呢？其中GABAB受體這個(gè)門通過(guò)傳遞重要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)，使其與興奮信號(hào)進(jìn)行有效“中和”從而使大腦保持適度“冷靜”。
浙大科研人員通過(guò)冷凍電鏡技術(shù)成功解析GABAB受體在非激活狀態(tài)和激活狀態(tài)復(fù)合物的高分辨結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)GABAB受體與其他GPCR家族受體以單體形式（單扇門）存在不同，它是由兩扇門組成并且協(xié)同發(fā)揮作用的。一扇門上負(fù)責(zé)接收外界刺激信號(hào)，然后再通過(guò)另一扇門將外界信號(hào)傳向細(xì)胞內(nèi)。
張巖帶領(lǐng)課題組還意外地發(fā)現(xiàn)，GABAB受體這扇門的底部有一個(gè)特定的門洞?！斑@樣的門洞在一些家庭很常見(jiàn)，方便寵物進(jìn)出，也方便信件投遞?！边@個(gè)特征，能夠讓藥物一“眼”認(rèn)準(zhǔn)GABAB受體。
大數(shù)據(jù)加快特定鑰匙的鑒定
找到了門的特征，不知道如何開(kāi)門依舊影響信號(hào)的傳輸。
論文第一作者、醫(yī)學(xué)院博士后毛春友說(shuō)：“這就好比一扇上鎖的門，你需要從已有的成千上萬(wàn)的鑰匙中找到特定的鑰匙去打開(kāi)這個(gè)門，這個(gè)工程量是巨大的，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間金錢進(jìn)行測(cè)試。但是如果我給你展示門鎖的鎖芯構(gòu)造，這樣你就能推測(cè)出來(lái)鑰匙的形狀特征，就不用一一測(cè)試了。”
申倉(cāng)松補(bǔ)充道：“非常自豪我們解析的結(jié)構(gòu)分辨率在國(guó)際上首屈一指。科學(xué)家可根據(jù)高精度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造獲得高特異性的藥物候選分子，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助的虛擬藥物篩選獲得相關(guān)的候選藥物?！?/p>
代謝型GABAB受體激活機(jī)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
浙大科研人員揭示了新穎的G蛋白偶聯(lián)受體激活機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)左邊的門接到上游藥物信號(hào)，然后通過(guò)右邊的門傳向下游。這一過(guò)程就像兩個(gè)人跳舞，一人傾轉(zhuǎn)帶動(dòng)隊(duì)友傾轉(zhuǎn)，發(fā)生連鎖反應(yīng)。
張巖表示，課題組發(fā)現(xiàn)GABAB全新的并且是特異的門鎖結(jié)構(gòu)，其意義在于未來(lái)可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助的方式進(jìn)行藥物篩選，加速藥物發(fā)現(xiàn)，快速找到特定的鑰匙。
結(jié)構(gòu)藥理學(xué)前景廣泛
對(duì)于當(dāng)前研究，張巖認(rèn)為結(jié)構(gòu)藥理學(xué)具有廣闊的應(yīng)用前景。
當(dāng)前，新型冠狀病毒在全球肆虐，對(duì)人類的生命健康造成重大危機(jī)。RNA聚合酶是新冠病毒完成自我復(fù)制和迅速傳染的關(guān)鍵蛋白質(zhì)機(jī)器，也是瑞德西韋等核苷類藥物的作用靶點(diǎn)。
4月初，張巖課題組聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)、許葉春課題組和以及中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院-清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院張抒揚(yáng)課題組，率先在國(guó)際上成功解析了瑞德西韋（Remdesivir）與新型冠狀病毒復(fù)制機(jī)器RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）的冷凍電鏡三維空間結(jié)構(gòu)，揭示了瑞德西韋抗病毒活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為核苷類藥物的靶向藥物開(kāi)發(fā)提供了精確的三維空間結(jié)構(gòu)信息，其解析精度目前仍然在國(guó)際上獨(dú)占鰲頭，相關(guān)成果5月1日在線發(fā)表在《科學(xué)》雜志。
瑞德西韋抑制新冠病毒活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
張巖教授表示：“看清楚病毒重要蛋白質(zhì)機(jī)器的三維空間結(jié)構(gòu)，對(duì)下一階段精準(zhǔn)設(shè)計(jì)治療效果好以及副作用小的藥物具有非常重要的意義?！?/p>
（文 柯溢能/攝影 盧紹慶 科研圖片由課題組提供）
