激肽調控選擇性識別和緩激肽受體激活

　　近日，中國科學院上海藥物研究所蔣軼/徐華強團隊聯合王明偉團隊，在Nature Structural & Molecular Biology上發表了題為“Molecular basis for kinin selectivity and activation of the human bradykinin receptors”的研究成果，首次報道了兩類激肽即Des-Arg10-kallidin和緩激肽（Bradykinin）分別結合緩激肽受體B1R和B2R兩種亞型復合體的近原子分辨率結構，揭示了激肽選擇性識別及其受體激活的分子機制。

　　激肽及其受體是激肽釋放酶-激肽系統（Kallikrein-kinin system，KKS）的重要組成部分。緩激肽受體屬于A類G蛋白偶聯受體家族成員，包括B1R與B2R兩個亞型。在激肽的調控下，B1R和B2R參與調控機體的血壓、炎癥反應及疼痛傳導等生理功能，對遺傳性血管水腫、糖尿病腎病和阿爾茲海默癥的治療藥物研發具有重要價值。

　　盡管KKS系統中各個活性激肽的氨基酸序列相似，但不同激肽對B1R和B2R具有明顯的選擇性（圖1a）。例如，Bradykinin對B2R的選擇性比B1R強超過1萬倍，而Des-Arg10-kallidin對B1R的選擇性是B2R的超過10萬倍。由于激肽與緩激肽受體復合物三維結構的缺失，人們對相關配體的選擇性識別模式和受體激活機制的認識有限，嚴重制約了靶向緩激肽受體藥物的創制。

　　本研究中，科研人員利用冷凍電鏡的手段，解析了B1R和B2R分別結合Des-Arg10-kallidin和緩激肽以及下游Gq蛋白復合物的立體結構，分辨率達到3.0和2.9埃（圖1b和1c）。結合結構分析和功能實驗結果，研究團隊揭示了激肽選擇性識別緩激肽受體亞型的分子機理（圖1d-f）。研究發現，Des-Arg10-kallidin對B1R高選擇性的關鍵在其羧基末端苯丙氨酸（F9）的游離羧基與受體殘基K1183.33和R2025.38間形成的靜電作用（圖1d）。就緩激肽而言，B2R多肽結合口袋中的T2245.38、F2866.51和D2936.58形成了比B1R更大的空間以容納緩激肽羧基末端的精氨酸（R10）（圖1e）。此外，團隊還對緩激肽受體的激活和與Gq蛋白偶聯的分子機理進行了探索。這項成果不僅為深入理解緩激肽受體的配體識別和激活機制提供了精準的結構模型，也為靶向緩激肽受體的藥物設計指明了新的方向。

　　本研究中的冷凍電鏡數據在上海藥物所冷凍電鏡平臺和水木未來（北京）冷凍電鏡平臺收集。上海藥物所2016級博士研究生殷裕玲和復旦大學2019級博士研究生葉晨鈺為該論文的共同第一作者。蔣軼研究員、徐華強研究員、王明偉研究員以及尹萬超副研究員為共同通訊作者。上海藥物所為本研究的第一完成單位。該工作獲得了包括國家自然科學基金委、國家衛健委重大科技專項、國家重點基礎研究計劃和上海市重大科技專項等經費的資助。

　　圖1. 緩激肽受體B1R和B2R與選擇性激肽復合物的冷凍電鏡結構。 a, 激肽選擇性識別緩激肽受體的模式圖；b, Des-Arg10-kallidin–B1R–Gq復合物的結構；c, Bradykinin–B2R–Gq復合物的結構；d, Des-Arg10-kallidin–B1R–Gq對B1R選擇性的結構基礎；e, Bradykinin對B2R選擇性的結構基礎；f, 激肽選擇性識別緩激肽受體的機制模型。