上海科大再发突破成果:人源大麻素受体“阴阳双面”均获解析

继5月份上海科创中心张江核心区G蛋白偶联受体(GPCR)研究集群的多项重大科研成果集中亮相后,上海科技大学iHuman研究所的科研团队再获重大突破(5月Nature成果报道:中国科学家2篇Nature!研发2型糖尿病新药有重要突破),成功解析了人源大麻素受体CB1(human Cannabinoid Receptor 1, CB1)与激动剂——四氢大麻酚(THC)类似物复合物的三维精细结构,揭示了大麻素受体在激动剂调控下的结构特征和激活机制。北京时间7月6日凌晨,该项成果以“Crystal structuresof agonist-bound human cannabinoid receptor CB1”为题在国际顶尖学术期刊《Nature》上发表,并作为重点文章推介。该研究是iHuman研究所继去年10月首次发表大麻素受体CB1与拮抗剂复合物的高分辨率三维结构之后的又一重大突破,是GPCR结构功能研究领域的又一项高水平、系统性的研究成果。

该项研究由iHuman研究所副所长、教授刘志杰课题组,创始所长、特聘教授Raymond Stevens课题组,iHuman研究所PI、生命学院助理教授赵素文课题组及其它合作单位共同完成。刘志杰、赵素文是论文的共同通讯作者,刘志杰课题组博士研究生华甜(与中科院生物物理研究所联合培养)是论文第一作者,上科大是第一完成单位。

GPCR是人体内最大的细胞膜表面受体家族,在细胞信号转导过程中发挥核心作用。GPCR也是药物研发领域的“宠儿”,目前有近40%的上市药物以GPCR为作用靶点。GPCR家族成员具有非常保守的七次跨膜螺旋结构,配体与受体结合后,通过跨膜区的构象变化,将信息传递到细胞内。配体的性质决定GPCR的状态:起激活作用的配体(激动剂)使受体活化,而起抑制作用的配体(拮抗剂)则抑制受体活性的发挥,受体与这两类配体结合后呈现的三维结构可以说是这个受体的“阴阳双面”。针对不同的GPCR,激动剂或拮抗剂配体具有不同的药物开发价值。

大麻素受体CB1是人体中枢神经系统表达量最高的GPCR之一,它对人的精神和情绪调节至关重要。去年10月,iHuman研究所团队率先在《Cell》上发表了人源大麻素受体CB1与拮抗剂小分子AM6538复合物的高分辨率三维结构,该结构揭示了CB1在非活化状态下的构象以及拮抗剂小分子与受体之间的作用模式,对设计更加特异、副作用更小的拮抗剂类药物,比如肥胖、及肥胖引起的代谢类疾病,肝纤维化及尼古丁成瘾等疾病,具有极大的促进作用。

大麻素受体CB1的激动剂在疼痛、炎症、多发性硬化症及神经退行性疾病等的治疗中有非常大的潜力,但激动剂小分子,例如大麻里的主要精神类成分THC,是如何与CB1相互作用以及受体的活化机制等尚不清楚。

目前已解析的GPCR三维结构中大部分是与拮抗剂配体的复合物,与激动剂结合的活化状态的GPCR构象非常活跃且不稳定,解析其复合物结构的难度相对较大。为获得大麻素受体CB1与激动剂复合物的三维结构,iHuman研究团队与美国东北大学的Makriyannis实验室合作,基于THC设计并筛选了一系列特异性高,结合力强的激动剂小分子。经过多轮蛋白纯化及结晶条件的筛选和优化后,成功解析了CB1与两种新型激动剂小分子AM11542和AM841的三维精细结构。该结构不仅揭示了激动剂小分子与CB1的相互作用模式,更重要的是,研究者发现,这与之前解析的CB1-拮抗剂小分子复合物结构相比,发生了很大的构象变化。其中结合口袋体积发生了53%的变化(激动剂的结合口袋体积:383埃3,拮抗剂的结合口袋体积:821埃3,1埃= 10-10米),受体的整体结构变化包括蛋白的N端以及七次跨膜螺旋的构象的显着变化(均方根偏差为3.5埃)是在以往解析的GPCR结构中变化最大的。这些结构特征也从分子水平解释了为什么大麻素受体CB1可以与多种不同类型的配体相互作用,参与和调控人体中多种非常重要的生理活动,同时也为今后针对GPCR的药物设计提供了新的思路。

该研究的另一重要发现是,首次从三维结构上观测到两个氨基酸(Phe2003.36/ Trp3566.48)在受体激活过程中的协同构象变化,相当于“双耦合开关”(twin toggle switch),这一协同变化效应可能与CB1的活化机制密切相关。此外,通过与iHuman研究所赵素文课题组及北京计算科学研究中心刘海广教授课题组合作,基于该晶体结构对不同类型CB1激动剂进行分子对接及动力学模拟分析,得到了不同配体的结合模式并进行了功能性实验验证。为设计针对CB1的激动剂类药物分子以及探究CB1受体的活化机制提供了非常重要的结构基础。

“掌握了CB1与激动剂和拮抗剂复合物的三维结构信息,或者说看清了这个受体的‘阴阳双面’,不仅对于内源性大麻素系统的功能机制研究极其重要,对一系列疾病,如炎症、疼痛和多发性硬化症等的药物研发有重要的指导意义。同时,由于大麻滥用及合法化等问题,该研究也有非常重要的社会价值。我们很高兴能取得了这个历史性突破”,刘志杰教授说。

值得一提的是,这也是博士研究生华甜继去年10月发表在《Cell》后,作为第一作者取得的第二项重大科研成果,“其实这项研究在去年向《Cell》投稿前后就开始了,是同步进行的,为了及时攻克CB1与激动剂复合物的晶体结构,我主动把博士毕业的时间延后了一年。”华甜说。华甜的导师、刘志杰教授表示,华甜的成功并不意外,她十分刻苦,几乎每天在实验室工作17个小时,春节只回家几天就匆匆赶回上海的实验室。

华甜表示,机遇和努力同样重要。“非常幸运来到上科大,”华甜说,“刘志杰老师和Stevens教授都非常关心鼓励我,在这里,我们经常和来自世界各地的专家学者分享交流,和国际一流的科研无缝衔接,我相信iHuman研究所是世界上最好的GPCR研究平台之一”。据悉,iHuman研究所每年举行人体细胞信号转导领域的学术年会,每周和中科院上海药物研究所、南加州大学等国内外合作单位一起召开远程国际组会,在该领域的学术影响力持续提升。

当被问及博士毕业后的打算时,华甜说:“我的志向是沿着从结构解析到药物研发的路径往前探索,研发基于GPCR的新型药物,为人类造福。毕业后我将留在iHuman研究所,借助上科大的优势研究资源和前期研究成果,立即启动药物研发课题,希望在最短的时间内获得具有高度专一性和无副作用的候选药物分子”。为抓住目前的良好发展势头,iHuman研究所与上科大免疫化学研究所等单位合作,已启动了多个针对重要疾病相关GPCR的药物研发项目。“iHuman研究所的愿景就是通过对人体细胞信号转导的基础和转化研究,发现治疗疾病的创新药物从而促进人类健康;同时通过高水平的科技创新,培养新一代的科技创业者。我们全力支持华甜启动基础科研成果的转化研究,帮助她实现用创新型药物回馈社会的志向”,刘志杰教授说。

该项研究由iHuman研究所联合美国东北大学、美国斯克利普斯研究所、美国南加州大学、北京计算科学研究中心和GPCR联盟等单位科研人员合作完成,同时获得了国家自然科学基金委、科技部及上海市政府的经费支持。

来源:上海科技大学iHuman研究所

为你推荐

种草力、品牌力、经营力,百度健康数字化营销助推大健康品牌全域增长资讯

种草力、品牌力、经营力,百度健康数字化营销助推大健康品牌全域增长

5月16日,以“数字医道、智领未来”为主题的第六届数字医疗与创新峰会(DIPS)在沪举行,大会从战略层面,跨部门协作,跨行业营销,新零售等多维度探讨医药数字营销转型的新范例...

2024-05-20 11:19

上海发布更清晰更明确药品挂网采购机制,设红、黄、绿三条线资讯

上海发布更清晰更明确药品挂网采购机制,设红、黄、绿三条线

5月15日,上海市医药集中招标采购事务管理所发布《关于优化本市药品挂网采购机制推动高效办成一件事的通知》,对上海市药品挂网采购机制进行了更清晰明确的优化。

2024-05-19 21:48

创见数智骨科新升态,美敦力Mazor X™鹰领脊柱外科机器人一体化平台在中国上市资讯

创见数智骨科新升态,美敦力Mazor X™鹰领脊柱外科机器人一体化平台在中国上市

世界脊柱健康日前夕,美敦力官宣旗下全维升级的Mazor X™鹰领脊柱外科机器人一体化平台在中国成功上市,并重磅展示了其整合前沿的数智一体化平台、多款先进智能设备和内植入物...

2024-05-18 19:32

颂狄多(氘可来昔替尼)最新4年研究数据发布证实其在中重度斑块状银屑病治疗中应答持久、安全性稳定资讯

颂狄多(氘可来昔替尼)最新4年研究数据发布证实其在中重度斑块状银屑病治疗中应答持久、安全性稳定

POETYK PSO 长期扩展试验显示,持续接受颂狄多治疗4年后,超七成患者PASI 75(银屑病面积和严重程度指数改善至少75%)持续应答

2024-05-17 14:40

知名IVD上市企业,一口气告了9家公司资讯

知名IVD上市企业,一口气告了9家公司

近日,企查查信息显示,IVD上市企业江苏硕世生物与9家公司因买卖合同纠纷,对簿公堂。同时告9家公司企查查信息显示,这9家公司分别为:广西

2024-05-17 14:00

总价约60亿美元,恒瑞医药GLP-1产品组合授权出海资讯

总价约60亿美元,恒瑞医药GLP-1产品组合授权出海

5月16日晚,恒瑞医药发布公告称,将公司具有自主知识产权的GLP-1类创新药HRS-7535、HRS9531、HRS-4729在除大中华区以外的全球范围内开发、

2024-05-17 10:13

金斯瑞生物科技强化董事会结构,引入多元化专业人才担任独立非执行董事资讯

金斯瑞生物科技强化董事会结构,引入多元化专业人才担任独立非执行董事

资深会计及审计专家张耀樑与行业专家施晨阳博士已加入公司,并担任独立非执行董事及提名委员会成员。

2024-05-16 22:24

CDE:中药改良型新药研究技术指导原则(试行)资讯

CDE:中药改良型新药研究技术指导原则(试行)

基于有效性的改良,指提高已获批功能主治的有效性或者新增功能主治。基于安全性的改良,指不降低疗效的前提下,针对性地降低临床应用中已出现的安全性风险,最终提高获益风险比。

2024-05-16 21:52

直击就医“痛点”,武汉协和医院联手百度健康探索AI智慧门诊资讯

直击就医“痛点”,武汉协和医院联手百度健康探索AI智慧门诊

AI赋能智慧医疗,让百姓看病就医更加高效便捷。5月16日,华中科技大学同济医学院附属协和医院(以下简称:武汉协和医院)与百度健康举办“AI智慧门诊”签约仪式,共同推动医疗服...

2024-05-16 20:12

百度健康战略合作中国听力医学发展基金会,共建“听力医学中心”资讯

百度健康战略合作中国听力医学发展基金会,共建“听力医学中心”

在第34次全国助残日到来之际,百度健康与中国听力医学发展基金会就达成战略合作。近日,双方在北京举行了签约仪式。

2024-05-16 15:11

武田制药21亿美元引进下一代阿尔茨海默病疗法资讯

武田制药21亿美元引进下一代阿尔茨海默病疗法

近日,武田制药宣布与致力于神经退行性疾病精准医疗的制药公司AC Immune就靶向有毒形式淀粉样蛋白β(Aβ)的免疫疗法达成合作,包括用于一款阿尔茨海默病(Alzheimer s Dis...

2024-05-16 11:40

持续亏损,一家二甲医院宣布关停资讯

持续亏损,一家二甲医院宣布关停

日前,华润医疗发布公告称,华润医疗发布公告,面对淮阴医院经营状况的持续恶化,公司将向监管部门申请停止该医院的运营。

2024-05-16 08:07

步长制药独家中药品种因价格虚高,被约谈降价资讯

步长制药独家中药品种因价格虚高,被约谈降价

近日,步长制药发布公告称,根据国家医保局相关文件精神,旗下全资子公司陕西步长制药有限公司对其产品脑心通胶囊挂网价格进行了调整。

2024-05-15 10:58

美国对国内注射器和个人防护设备等征收新的关税资讯

美国对国内注射器和个人防护设备等征收新的关税

当地时间5月14日,美国白宫宣布,将大幅提高一系列中国进口产品的关税。此次新出台的对华关税预计将在未来3年内分阶段实施,涵盖了价值约180亿美元的中国进口商品,包括电动汽车...

2024-05-15 10:14

司美格鲁肽,披露了减重的维持年限资讯

司美格鲁肽,披露了减重的维持年限

司美格鲁肽在减肥领域的风靡程度已是人尽皆知,但对于其减肥效果的长期有效性也一直是业内和公众较为关注的话题之一,日前,诺和诺德就此公布了相关的研究数据。

2024-05-15 08:53

填补IgA肾病治疗空白!全球首个对因治疗药物耐赋康®在中国大陆成功开出首方资讯

填补IgA肾病治疗空白!全球首个对因治疗药物耐赋康®在中国大陆成功开出首方

5月14日,全球唯一对因治疗IgA肾病药物耐赋康®(布地奈德肠溶胶囊,NEFECON®)中国大陆的首张处方落地,并以互联网医院的电子处方形式开出

2024-05-14 21:43

全国公立医疗卫生机构药品使用监测管理标准,2024年11月1日起施行资讯

全国公立医疗卫生机构药品使用监测管理标准,2024年11月1日起施行

现发布推荐性卫生行业标准《全国公立医疗卫生机构药品使用监测管理标准》,编号和名称为WS T 841—2024 全国公立医疗卫生机构药品使用监测管理标准,自2024年11月1日起施行。

2024-05-14 17:53

传奇生物CAR-T疗法今年第一季度销售业绩达1.57亿美元资讯

传奇生物CAR-T疗法今年第一季度销售业绩达1.57亿美元

5月13日,传奇生物公布了其2024年第一季度的未经审计财务业绩。

2024-05-14 13:29

一家医疗器械明星企业,退市资讯

一家医疗器械明星企业,退市

近日,据外媒报道,全球电生理龙头械企Acutus Medical由于连续未能满足纳斯达克的最低上市要求(该公司未能维持至少每股1美元的最低股价和

2024-05-14 12:12