? ? ? ? 9月22日，中國科學(xué)院上海藥物研究所研究員徐華強(qiáng)/蔣軼團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合浙江大學(xué)研究員張巖團(tuán)隊(duì)，在Nature上發(fā)表了題為Structures of full-length glycoprotein hormone receptor signaling complexes的研究論文，首次解析了糖蛋白激素GPCR，即全長黃體生成素/絨毛膜促性腺激素受體（luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor, LHCGR）處于失活狀態(tài)和多種激活狀態(tài)下的四個(gè)結(jié)構(gòu)。該工作揭示出絨毛膜促性腺激素（CG）識別LHCGR的分子機(jī)制，以及1期臨床實(shí)驗(yàn)的小分子化合物Org43553與受體LHCGR相互作用細(xì)節(jié)模式；鑒定了糖蛋白激素選擇性結(jié)合LHCGR和促卵泡激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）受體的關(guān)鍵氨基酸殘基；提出了激素配體激活受體的“Push and Pull”模型。上述工作對理解糖蛋白激素識別和激活GPCR的機(jī)制，為臨床開發(fā)替代激素治療的小分子藥物具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。

　　激素是人體的化學(xué)信使，控制著各個(gè)器官的生理功能，而下丘腦和腦下垂體是內(nèi)分泌激素的控制中心。傳統(tǒng)內(nèi)分泌系統(tǒng)由三大分支組成，即下丘腦-垂體-性腺軸（HPG）、下丘腦-垂體-甲狀腺軸（HPT）和下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA）。其中，三種促性腺激素，包括促黃體生成素（luteinizing hormone，LH），促卵泡激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）和絨毛膜促性腺激素（chorionic gonadotropin，CG）是糖蛋白激素，調(diào)控HPG軸的關(guān)鍵生理功能，包括人體的性別發(fā)育，精子發(fā)生和卵子成熟，以及促進(jìn)第二性特征的發(fā)育及維持。另一類糖蛋白激素促甲狀腺激素（thyroid-stimulating hormone，TSH）是HPT軸調(diào)節(jié)的關(guān)鍵糖蛋白激素，主要通過調(diào)控機(jī)體甲狀腺素的水平從而調(diào)節(jié)人體代謝。上述激素均為臨床重要的治療藥物，其中FSH和LH用于輔助生殖及體外受精，以及治療女性不孕癥和男性促性腺功能減退癥等；CG用來誘導(dǎo)女性排卵，增加男性精子數(shù)量等。TSH與¹³¹I聯(lián)合應(yīng)用于甲狀腺癌術(shù)后患者，抑制和消融殘余癌組織等。盡管糖蛋白激素的臨床應(yīng)用取得成功，但糖蛋白激素激活人體細(xì)胞中受體的機(jī)制仍然未知。

　　四種糖蛋白激素的整體三維結(jié)構(gòu)高度相似，均由一條保守的α鏈和激素特異性的β鏈組成。糖蛋白激素受體為A類G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor, GPCR），其中，LH和CG共同作用于促黃體生成素/絨促性素受體（LHCGR），F(xiàn)SH作用于卵泡刺激素受體（FSHR），TSH作用于促甲狀腺激素受體（TSHR）來發(fā)揮生理功能。與大多數(shù)A類GPCR不同，糖蛋白激素受體有約由340-420個(gè)氨基酸構(gòu)成的巨大N端胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域（ECD），該結(jié)構(gòu)域由富含亮氨酸的重復(fù)序列構(gòu)成，并且存在復(fù)雜的糖基化修飾，然而，由于糖蛋白激素受體結(jié)構(gòu)的特殊性，體外獲得全長的該類蛋白十分困難。目前尚無全長糖蛋白激素及其受體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)被報(bào)道，限制了人們對于該類受體的激素選擇性，以及對受體激活機(jī)制的理解。此外，結(jié)構(gòu)信息的缺乏也制約了靶向該類受體的小分子治療藥物的研發(fā)。

　　該研究中，科研人員采用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，首次解析了3個(gè)近原子分辨率的全長LHCGR處于激活狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)（圖1），包括結(jié)合內(nèi)源性激素CG的LHCGR（野生型）受體結(jié)構(gòu)（4.3埃）、結(jié)合內(nèi)源性激素CG的LHCGR（含持續(xù)性激活突變S277I）受體結(jié)構(gòu)（3.8埃）以及結(jié)合內(nèi)源性激素CG和小分子化合物Org43553的LHCGR（含持續(xù)性激活突變S277I）受體結(jié)構(gòu)（3.2埃）。該研究首次揭示了全長LHCGR的結(jié)構(gòu)，以及CG與LHCGR相互作用的細(xì)節(jié)；解析了失活狀態(tài)下全長LHCGR的電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率為3.8埃。通過對比激活LHCGR結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)受體的ECD發(fā)生了約45度的偏轉(zhuǎn)。通過進(jìn)一步結(jié)構(gòu)分析和功能試驗(yàn)驗(yàn)證，研究提出了LHCGR受體“Push and Pull”的受體激活模型（圖2）。這也是首個(gè)全長單獨(dú)GPCR的電鏡結(jié)構(gòu)。此外，研究還解析了處于1期臨床試驗(yàn)中的小分子化合物Org43553與LHCGR相互作用的分子細(xì)節(jié)，揭示了Org43553的結(jié)合口袋，為臨床開發(fā)針對LHCGR，F(xiàn)SHR和TSHR的選擇性小分子藥物替代激素治療提供了結(jié)構(gòu)模板。

圖1.糖蛋白激素受體結(jié)構(gòu)模式圖及LHCGR受體與CG和Gs蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

圖2.LHCGR失活狀態(tài)電鏡結(jié)構(gòu)與激活狀態(tài)結(jié)構(gòu)比較以及受體激活模型

來源： 上海藥物研究所