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2022年4月11日，香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院|生命與健康科學(xué)學(xué)院客座助理教授（復(fù)旦大學(xué)代謝與整合生物學(xué)研究院研究員）任若冰、中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心汪勝研究員和香港中文大學(xué)（深圳）助理教授竺立哲合作在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（《The Proceedings of the National Academy of Sciences》）在線(xiàn)發(fā)表了“Structural Insights into Sphingosine-1-phosphate Receptor Activation”的研究成果。任若冰課題組博士后玉蕾葉、博士生甘冰、汪勝課題組博士生賀莉聰、竺立哲課題組博士生題如涓為本文共同第一作者，香港中文大學(xué)（深圳）為第一單位。

人源S1PR1結(jié)合三種激動(dòng)劑小分子的高分辨率復(fù)合體的結(jié)構(gòu)

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鞘氨醇-1-磷酸(Sphingosine-1-phosphate, S1P)是高等生物中高度保守的活性鞘脂類(lèi)代謝物，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過(guò)程，如介導(dǎo)淋巴細(xì)胞遷移、保持血管的完整性以及產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子等，對(duì)免疫和心血管系統(tǒng)具有重要的作用。S1P信號(hào)異常會(huì)導(dǎo)致心血管疾病、代謝綜合征、自免疫失調(diào)、癌癥和腎病等多種疾病[1]。

S1P通過(guò)結(jié)合不同的S1P受體亞型（S1PR1-5）激活下游信號(hào)通路。S1P的5個(gè)受體都屬于G蛋白結(jié)合的受體A類(lèi)家族。其中，S1PR1由于能夠調(diào)節(jié)T細(xì)胞和B細(xì)胞的遷移，受到更廣泛的關(guān)注和研究，已經(jīng)成為重要的藥物開(kāi)發(fā)靶標(biāo)蛋白。FTY720-P是最早被開(kāi)發(fā)用于治療多發(fā)性硬化癥的藥物小分子[2]，而小分子CBP-307已經(jīng)用于治療潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病的臨床研究[3]。然而，由于缺少結(jié)構(gòu)的研究，CBP-307與受體的結(jié)合和激活受體的機(jī)制仍不夠清楚。此外，目前已知的S1PR1激動(dòng)劑大多存在特異性不高的問(wèn)題，研究不同S1PR1激動(dòng)劑小分子和S1PR1的結(jié)構(gòu)及相互作用，有助于開(kāi)發(fā)高特異性的靶向S1PR1的藥物小分子。

該研究對(duì)S1P、FTY720-P和CBP-307結(jié)合識(shí)別S1PR1的關(guān)鍵位點(diǎn)、激活機(jī)制以及關(guān)鍵配體結(jié)合位點(diǎn)對(duì)不同激動(dòng)劑介導(dǎo)的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的闡釋。主要包括:（1）S1P和FTY720-P具有相似的結(jié)合S1PR1的模式。兩個(gè)近乎伸展的分子結(jié)合在S1PR1相同的長(zhǎng)的頂部親水底部疏水的配體結(jié)合口袋。突變體的功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)配體結(jié)合口袋中的E1213.29、R1203.28和N1012.60三個(gè)位點(diǎn)是影響S1P和FTY720-P介導(dǎo)的Gi結(jié)合與解離的關(guān)鍵位點(diǎn)。另外，配體結(jié)合口袋頂部極性氨基酸對(duì)于穩(wěn)定S1P的頭部和激活下游Gi信號(hào)起到了重要的作用。相比于S1P，配體結(jié)合口袋的其它氨基酸位點(diǎn)的突變對(duì)于FTY720-P介導(dǎo)的Gi信號(hào)影響更小。（2）與非激活態(tài)的結(jié)構(gòu)比較顯示，S1P激活S1PR1是通過(guò)誘導(dǎo)配體結(jié)合口袋底部F2105.47和W2696.48等疏水的重要氨基酸的構(gòu)象的改變，從而引發(fā)相關(guān)跨膜螺旋的構(gòu)象變化以及進(jìn)一步和Gi的結(jié)合。（3）和S1P以及FTY720-P相似，CBP-307小分子也是結(jié)合在S1PR1的配體口袋，與口袋頂部的極性氨基酸和底部的疏水氨基酸相互作用。不同的是，F(xiàn)125A的突變更顯著的影響了CBP-307介導(dǎo)的Gi結(jié)合的信號(hào)。有趣的是，CBP-307分子被發(fā)現(xiàn)存在兩種結(jié)合在配體口袋的模式：深結(jié)合和淺結(jié)合。結(jié)構(gòu)分析顯示，CBP-307深結(jié)合模式和周?chē)被嵯嗷プ饔酶鼜?qiáng)，分子動(dòng)力學(xué)模擬也進(jìn)一步證實(shí)了結(jié)構(gòu)的分析。本項(xiàng)研究工作首次發(fā)現(xiàn)CBP-307的兩種結(jié)合模式的復(fù)合體結(jié)構(gòu)中，Gi的N端螺旋存在5度的旋轉(zhuǎn)。CBP-307深結(jié)合模式結(jié)構(gòu)中的Gi的N端螺旋處于更靠近膜的位置，可能有利于穩(wěn)定復(fù)合體。此外，CBP-307激活S1PR1的機(jī)制和S1P相似， CBP-307先結(jié)合到口袋較淺的位置激活S1PR1，然后，進(jìn)一步深入結(jié)合到口袋內(nèi)部，進(jìn)一步的穩(wěn)定激活態(tài)的復(fù)合體。（4）兩個(gè)空的亞口袋被發(fā)現(xiàn)存在于S1P結(jié)合的S1PR1結(jié)構(gòu)中，其中一個(gè)在其它3個(gè)解析的結(jié)構(gòu)中也沒(méi)被占據(jù)。這將有助于開(kāi)發(fā)更高選擇性和特異性的S1PR1的激動(dòng)劑。

綜上，本項(xiàng)研究利用冷凍電鏡單顆粒三維重構(gòu)技術(shù)揭示了S1PR1天然配體激動(dòng)劑S1P和藥物小分子FTY720-P（Fingolimod-P，磷酸化的芬戈莫德）和CBP-307分別結(jié)合并激活S1PR1的分子機(jī)制，為開(kāi)發(fā)具有更高選擇性和高效性的靶向S1PR的藥物小分子及相關(guān)疾病的治療提供了重要的參考依據(jù)。

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參考文獻(xiàn)：

1.Ren RB, Pang B, Han YF, Li YH. A Glimpse of Structural Biology on Sphingosine-1-Phosphate Metabolism. Contact, 2021, 4: 2515256421995601.

2.Strader, C.R., Pearce, C.J. & Oberlies, N.H. Fingolimod (FTY720): A Recently Approved Multiple Sclerosis Drug Based on a Fungal Secondary Metabolite. Journal of Natural Products 74, 900-907 (2011).

3.https://www.connectbiopharm.com/pipeline/cbp-307/

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