發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵“扳道工” ！浙大團(tuán)隊(duì)揭示哮喘藥物研發(fā)新思路
哮喘是全球常見(jiàn)的慢性疾病之一，患病率逐年增加。有數(shù)據(jù)顯示，哮喘在各個(gè)國(guó)家發(fā)病率為1-18%。全球已有哮喘患者逾4億人，我國(guó)20歲及以上哮喘患者人數(shù)已達(dá)4570萬(wàn)。然而現(xiàn)有的治療策略下，哮喘的臨床控制依然不理想。因此，針對(duì)哮喘發(fā)病機(jī)制、病理過(guò)程以及新治療靶標(biāo)的研究亟待突破。
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院沈華浩教授、應(yīng)頌敏教授課題組聯(lián)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)系張巖教授課題組歷經(jīng)科研攻關(guān)，利用冷凍電鏡技術(shù)首次成功解析了在哮喘炎癥中起到關(guān)鍵作用的趨化因子受體CCR1在不同長(zhǎng)度的CCL15配體作用下的G蛋白復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)，闡明了該受體的內(nèi)源性配體識(shí)別與偏向性信號(hào)激活機(jī)制，為今后靶向CCR1受體的哮喘藥物研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
北京時(shí)間2021年12月24日，《自然》子刊Nature Chemical Biology在線刊登了這項(xiàng)研究成果。
然而，近二十年來(lái)，所有針對(duì)哮喘治療的靶向趨化因子受體的小分子藥物開(kāi)發(fā)，在臨床II期實(shí)驗(yàn)中均告失敗。根據(jù)這一現(xiàn)實(shí)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)近十五年對(duì)另一趨化因子受體CCR3的研究經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，沈華浩說(shuō)：“從發(fā)病機(jī)制看，趨化因子受體CCR1及其配體在哮喘發(fā)病中起著關(guān)鍵作用，但一直沒(méi)有成功研發(fā)出藥物，因此我們下定決心要在CCR1的結(jié)構(gòu)藥理學(xué)方向進(jìn)行探索，尋找藥物開(kāi)發(fā)失敗的關(guān)鍵因素?！?/p>
“我們明明已經(jīng)知道了CCR1受體的激活在炎癥中的關(guān)鍵作用，為什么卻不能完全抑制它？關(guān)鍵還在于沒(méi)有摸透它的內(nèi)在機(jī)制，所以不能進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控?！睉?yīng)頌敏說(shuō)，團(tuán)隊(duì)希望能夠深度解析受體與配體相互作用模式信息，以揭開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。
趨化因子受體CCR1屬于A類G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）。而GPCR是人體中最大的細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體和最重要的藥物靶標(biāo)。張巖教授課題組長(zhǎng)期從事GPCR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和結(jié)構(gòu)藥理研究，發(fā)展并奠定了基于冷凍電鏡的GPCR結(jié)構(gòu)藥理學(xué)，在GPCR結(jié)構(gòu)藥理學(xué)領(lǐng)域取得了具有國(guó)際影響力的系統(tǒng)性成果。
于是，沈華浩、應(yīng)頌敏團(tuán)隊(duì)與張巖團(tuán)隊(duì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，經(jīng)歷技術(shù)攻關(guān)，利用冷凍電鏡技術(shù)首次成功解析了CCR1在不同長(zhǎng)度的CCL15配體作用下的G蛋白復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)。
團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，炎癥狀態(tài)下，人體內(nèi)金屬酶的分泌增加，它就像一把鋒利的刀，可以把CCL15配體切割成不同長(zhǎng)度的三種亞型：CCL15L、CCL15M?和CCL15S（圖1）。而這三類因子，就會(huì)導(dǎo)向不同的信號(hào)通道，好比它們同樣接到了去遛彎的指令，但最后有的去了東大街，有的去了西廣場(chǎng)。
圖1. 趨化因子CCL15的三種亞型
那為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的差異呢？這時(shí)候，一個(gè)關(guān)鍵角色出場(chǎng)了。
高分辨率的電鏡密度顯示，位于CCR1正構(gòu)結(jié)合口袋底部的Tyr2917.43氨基酸側(cè)鏈在不同配體作用下會(huì)表現(xiàn)為截然不同的構(gòu)象。突變?cè)摪被岷?，CCL15的偏向性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)特性幾乎完全消失，這就提示Tyr2917.43是介導(dǎo)CCL15對(duì)CCR1的偏向性激活的關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)。結(jié)合基于結(jié)構(gòu)的功能研究和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究首次闡述了Tyr2917.43?在GPCR的配體識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵作用（圖2）。
“Tyr2917.43就像是一個(gè)鐵路扳道工，決定了信號(hào)往哪條通道走。”張巖說(shuō)，知道了信號(hào)分子如何激活CCR1，也就明確了下一步如何去阻礙它發(fā)揮作用，“之后的哮喘藥物研發(fā)可能就會(huì)考慮如何把這個(gè)‘扳道工’封印住。”
比如，阿片類受體的配體嗎啡是臨床上用于鎮(zhèn)痛的藥物，但是它的副作用也很明顯，一個(gè)是容易上癮，一個(gè)是會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)和腸道系統(tǒng)的抑制，如果沒(méi)有控制好嗎啡的使用量就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的不良反應(yīng)甚至是死亡。
而團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究系統(tǒng)探索了Tyr7.43位點(diǎn)在受體響應(yīng)外部信號(hào)激活中的作用，為今后鎮(zhèn)痛等靶向GPCR的偏向性藥物發(fā)現(xiàn)也指明了道路，也許未來(lái)我們可以研發(fā)出療效更好副作用更小的藥物。
沈華浩說(shuō)：“我們團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)研究最終目的是為了服務(wù)于臨床，以終為始。接下來(lái)我們會(huì)致力于結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向的CCR1靶向小分子藥物的開(kāi)發(fā)，目前團(tuán)隊(duì)也已經(jīng)在小分子藥物和CCR1的識(shí)別機(jī)制研究中取得了一定進(jìn)展。”
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科2017級(jí)直博生邵喆婳、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后沈慶亞、2019級(jí)直博生姚冰鵬為該論文共同第一作者。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院沈華浩、張巖、應(yīng)頌敏為該論文共同通訊作者。同時(shí)，本工作也得到了浙江大學(xué)冷凍電鏡中心和中科院上海藥物研究所徐華強(qiáng)研究員的支持。
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