免疫細(xì)胞的定向遷移是人體發(fā)生和完成免疫應(yīng)答的必要條件。趨化因子及其受體系統(tǒng)控制細(xì)胞的定向遷移，在病原體的感染與清除、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞及器官的發(fā)育、創(chuàng)傷的修復(fù)、腫瘤的形成及轉(zhuǎn)移、移植免疫排斥等方面發(fā)揮重要作用，是目前治療各類炎癥、艾滋病和癌癥等疾病的熱門靶點(diǎn)。針對(duì)趨化因子受體開展結(jié)構(gòu)和功能研究可為相關(guān)藥物的開發(fā)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

　　趨化因子受體CCR5和多種免疫相關(guān)炎癥性疾病（如多發(fā)性硬化癥、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈粥樣硬化、移植排斥和自身免疫性疾病等）、癌癥及病原體感染密切相關(guān)，但CCR5的細(xì)胞信號(hào)識(shí)別與轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制尚未被明確闡明。

　　近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所研究員吳蓓麗課題組、研究員趙強(qiáng)課題組和研究員許葉春課題組聯(lián)合運(yùn)用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)、X射線晶體衍射法以及動(dòng)態(tài)構(gòu)象計(jì)算模擬等方法，結(jié)合功能實(shí)驗(yàn)對(duì)CCR5的配體識(shí)別及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究：成功解析了CCR5分別與兩種內(nèi)源性配體（MIP-1α與RANTES）及G蛋白的復(fù)合物電鏡結(jié)構(gòu)，以及CCR5在不結(jié)合配體狀態(tài)下與G蛋白的復(fù)合物電鏡結(jié)構(gòu)，同時(shí)還解析了CCR5與MIP-1α的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)。該研究全面系統(tǒng)地闡釋了CCR5對(duì)內(nèi)源性配體的識(shí)別機(jī)制和對(duì)細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，以及組成性激活狀態(tài)下的受體激活機(jī)制。7月6日，相關(guān)研究成果以Structural basis for chemokine recognition and receptor activation of chemokine receptor CCR5為題，發(fā)表在Nature Communications上。這是吳蓓麗課題組繼2013年在Science上發(fā)表的有關(guān)CCR5與抗艾滋病藥物maraviroc的復(fù)合物結(jié)構(gòu)后在趨化因子受體方面的又一研究成果。

　　已有研究表明，趨化因子受體的N端區(qū)域?qū)?nèi)源性趨化因子的識(shí)別具有重要意義，但已報(bào)道的趨化因子受體結(jié)構(gòu)中均不包含完整的受體N端。該研究中，研究人員通過解析CCR5與MIP-1α的復(fù)合物高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合二硫鍵交聯(lián)、分子動(dòng)力學(xué)模擬，闡明了CCR5的N端與趨化因子的精細(xì)作用模式，為深入理解趨化因子的特異性識(shí)別機(jī)制提供了重要信息。

　　通過比較CCR5分別與兩種不同趨化因子結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)，與結(jié)合MIP-1α的受體相比，CCR5與RANTES結(jié)合后其第一和第二個(gè)跨膜螺旋向外偏移，配體結(jié)合口袋開口增大，從而容納體積較大的RANTES的N端。這一發(fā)現(xiàn)提示，CCR5跨膜螺旋構(gòu)象的可塑性為其結(jié)合不同的趨化因子提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

　　與此前解析的CCR5處于非激活態(tài)的結(jié)構(gòu)相比，MIP-1α和RANTES的N端插入到受體的跨膜螺旋口袋中，通過與受體氨基酸Y251形成氫鍵作用，將受體中的關(guān)鍵氨基酸W248的構(gòu)象穩(wěn)定在激活狀態(tài)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，CCR5不結(jié)合配體時(shí)，受體第二個(gè)跨膜螺旋上氨基酸W86的側(cè)鏈翻轉(zhuǎn)90度，并進(jìn)一步通過與Y108、Y251、W248等形成疏水相互作用將受體穩(wěn)定在激活構(gòu)象，從而促使受體與G蛋白結(jié)合。該研究首次闡明了趨化因子受體的組成性激活機(jī)制。

　　該研究系統(tǒng)揭示了CCR5在生理狀態(tài)下與不同內(nèi)源性趨化因子的識(shí)別模式，闡明了該受體對(duì)趨化因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制，為深入理解趨化因子受體的配體識(shí)別與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)信息，并為后續(xù)開展靶向藥物的研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃和博士后基金的資助。

　　論文鏈接

　　趨化因子受體CCR5結(jié)構(gòu)示意圖。CCR5在多種免疫相關(guān)炎癥性疾病及癌癥中發(fā)揮重要作用，是治療艾滋病和免疫性疾病的熱門靶點(diǎn)。圖下方灰色飄帶表示CCR5，圖中藍(lán)色和橙色的表面圖表示與CCR5結(jié)合的兩種內(nèi)源性配體MIP-1α和RANTES，G蛋白的三個(gè)亞基分別用粉色、黃色和青色表示。（圖片由上海藥物所吳蓓麗課題組提供）

來源：上海藥物研究所