膽汁酸是一類由肝細(xì)胞產(chǎn)生，并由膽管分泌到腸道的兩親性代謝產(chǎn)物，在消化過(guò)程中對(duì)人體攝入的脂肪有重要的乳化作用。"/>
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研究揭示GPCR膽汁酸受體配體識(shí)別和激活的獨(dú)特機(jī)制

2020-07-27 14:51來(lái)源：生物谷


膽汁酸是一類由肝細(xì)胞產(chǎn)生，并由膽管分泌到腸道的兩親性代謝產(chǎn)物，在消化過(guò)程中對(duì)人體攝入的脂肪有重要的乳化作用。肝臟生成的兩種初級(jí)膽酸可由腸道菌群進(jìn)一步代謝為多種次級(jí)膽酸，對(duì)代謝和炎癥相關(guān)的生理過(guò)程有重要調(diào)節(jié)作用。膽汁酸及其受體為核心構(gòu)成的肝臟-膽汁酸-腸道菌群信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)軸，是近期生物醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。最近研究表明，許多天然膽汁酸及其衍生物對(duì)原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和II型糖尿病等疾病有治療作用。

在生物體內(nèi)，膽汁酸主要通過(guò)激活膜受體（GPBAR/TGR5）和核受體FXR發(fā)揮作用。GPBAR是G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），膽汁酸的許多有益作用可歸因于GPBAR與Gs信號(hào)途徑，如降血糖作用，促白色脂肪細(xì)胞組織褐化，對(duì)抗脂肪變性等。最新研究也表明，膽汁酸可激活GPBAR與β-arrestin的相互作用，并介導(dǎo)抗病毒的天然免疫反應(yīng)。然而，GPBAR激活導(dǎo)致的膽囊肥大及皮膚瘙癢等副作用影響了靶向該受體的新藥研發(fā)。因此，從分子層面解析GPBAR如何識(shí)別不同膽汁酸并偏向性激活下游通路的機(jī)制，對(duì)GPBAR生理功能的理解及靶向該受體的新藥研發(fā)具有重要意義。

7月22日，《自然》雜志在線發(fā)表了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院、良渚實(shí)驗(yàn)室（系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與精準(zhǔn)診治浙江省實(shí)驗(yàn)室）研究員張巖團(tuán)隊(duì)，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所研究員謝欣團(tuán)隊(duì)以及山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授于曉和孫金鵬團(tuán)隊(duì)通力合作的研究論文。

該研究中，科學(xué)家們**利用單顆粒冷凍電鏡重構(gòu)技術(shù)解析了膽汁酸受體GPBAR在合成配體P395以及膽汁酸類似物INT-777作用下與Gs蛋白三聚體形成的復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，明確了GPBAR對(duì)兩親性配體的識(shí)別機(jī)制，揭示了GPBAR識(shí)別多種膽汁酸的指紋圖譜。研究發(fā)現(xiàn)，GPBAR的配體結(jié)合口袋中由第五個(gè)螺旋及兩個(gè)胞外環(huán)來(lái)構(gòu)成疏水側(cè)面，從而面對(duì)膽汁酸的疏水一面，而膽汁酸的另一個(gè)親水結(jié)合面則朝向螺旋6和7之間的親水氨基酸集團(tuán)，形成特異性的相互作用。通過(guò)對(duì)內(nèi)源性膽汁酸類似物INT-777與GPBAR的結(jié)合模式的分析，以及內(nèi)源性配體CA、DCA、DCA、LCA、TCA、GCA、TDCA、UDCA和TUDCA的配體結(jié)合，并經(jīng)過(guò)生化及藥理學(xué)分析，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)找到了GPBAR識(shí)別不同膽汁酸的指紋圖譜。這為深入理解膽汁酸的作用機(jī)理以及針對(duì)于GPBAR的藥物設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

科研團(tuán)隊(duì)還鑒定了天然膽汁酸結(jié)合受體的別構(gòu)位點(diǎn)。通過(guò)電鏡結(jié)構(gòu)解析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)GPBAR受體TM3-5附近存在配體第二個(gè)結(jié)合口袋。通過(guò)對(duì)內(nèi)源性配體的結(jié)構(gòu)及生化數(shù)據(jù)分析，科研人員發(fā)現(xiàn)10種膽汁酸中的5個(gè)具有12-OH的膽汁酸可以結(jié)合在該位點(diǎn)上，并別構(gòu)調(diào)控膽汁酸受體激活的過(guò)程。這為理解膽汁酸如何作用于其膜受體的生理過(guò)程以及發(fā)展和開(kāi)發(fā)別構(gòu)位點(diǎn)的小分子藥物提供理論基礎(chǔ)。

此外，團(tuán)隊(duì)還闡明了GPBAR非經(jīng)典激活機(jī)制以及受體第三個(gè)胞內(nèi)環(huán)的重要功能，探究了不同配體介導(dǎo)受體下游信號(hào)偏向性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，擴(kuò)展了人們對(duì)GPCR激活機(jī)制和對(duì)GPCR-G蛋白的偶聯(lián)的新機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為開(kāi)發(fā)偏向性配體及藥物的開(kāi)發(fā)提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)。