血栓素A2受體結構揭示抗心血管疾病藥物作用機制

　　近日，中國科學院上海藥物研究所在抗心血管疾病藥物靶點的結構和功能研究方面取得新進展——首次測定了血栓素A2受體TP分別與兩種抑制劑結合的高分辨率三維結構，揭示了該受體與多種藥物分子的相互作用機制，為治療心血管疾病的藥物研發提供了重要的依據。研究成果于倫敦時間12月3日在國際學術期刊Nature Chemical Biology上在線發表，通訊作者為研究員吳蓓麗和趙強。

　　前列腺素在人體內發揮極為重要的生物學功能，介導細胞增殖、分化和凋亡等重要的生理活動。鑒于前列腺素的重要性，1982年諾貝爾生理學或醫學獎授予三位在前列腺素和相關生物活性物質發現中做出突出貢獻的科學家。人體內的前列腺素包括前列腺激素PGD2、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揮功能。前列腺素受體屬于G蛋白偶聯受體（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胞收縮等生理過程中發揮關鍵作用，因此是治療動脈粥樣硬化和高血壓等心血管疾病藥物的重要靶點。由于TP與其配體分子的作用機制不明，靶向該受體的抗心血管疾病藥物開發進展緩慢，候選藥物分子普遍存在特異性較差、副作用強等問題。

　　此次，吳蓓麗和趙強科研團隊成功測定了TP分別與非前列腺素類小分子抑制劑雷馬曲班（Ramatroban）和達曲班（Daltroban）結合的兩個復合物晶體結構，利用氨基酸突變和配體結合實驗，并結合以往的化合物結構與活性相關性數據，在原子水平上闡明了TP與這兩種抑制劑的精細結合模式，指明了受體分子中對配體識別發揮作用的關鍵氨基酸。雷馬曲班和達曲班都是作為抗心血管疾病藥物開發的TP抑制劑，然而其研發進程很不理想，雷馬曲班僅在日本被批準為治療哮喘和過敏性鼻炎的藥物，達曲班則止步于臨床III期試驗階段。TP與這兩種藥物分子的復合物結構揭示了這些藥物的作用機理，并為靶向該受體的藥物設計提供了高精度的結構模板，將極大推動后續的藥物優化改造和新型藥物研發，以獲得藥效好、副作用低的藥物分子。

　　研究還發現，TP受體具有一個獨特的結構特點，其N端區域和第二個胞外環分別與受體的第三個跨膜螺旋通過二硫鍵相連，使TP的胞外區域在配體結合口袋的入口處形成一個兩層“蓋子”結構，這一獨特的結構從未在其它GPCR結構中被發現。該“蓋子”結構切斷了配體從受體的胞外區進入結合口袋的路徑，很可能使配體改道經由磷脂雙分子層，從TP受體分子側面第一個和第七個跨膜螺旋之間的缺口進入配體結合位點。這一發現有助于進一步深入理解TP發揮生物學功能的分子機制，并拓展了對于脂類受體的配體識別和結合機制的認識。

　　為了進一步探究TP及其它前列腺素受體對配體的選擇性識別機制，研究人員基于TP受體的晶體結構，針對兩種前列腺素類配體SQ-29548和U46619，利用計算機分子對接模擬預測了TP受體中參與結合前列腺素類配體的關鍵氨基酸。在此基礎上，綜合運用氨基酸突變、配體結合和細胞信號轉導等研究手段，進一步證實了這些關鍵氨基酸在配體識別和受體活化過程中發揮重要作用。此外，還發現前列腺素受體的第一個和第二個跨膜螺旋通過與前列腺素的中央取代基團結合，對不同前列腺受體選擇性識別不同前列腺素起決定作用，而與前列腺素分子兩端的側鏈基團相互的氨基酸則主要調控受體的激活。這些發現揭示了TP對不同類型藥物分子的特異性識別機制，以及不同前列腺素受體對配體的選擇性機制，并促進了對于前列腺素受體細胞信號轉導機制的深入理解，對于設計高選擇性的新型藥物具有十分重要的指導意義。

　　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教授夏偉良。該項研究獲得來自科技部、中科院和國家自然科學基金委員會的資助。

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