2024年2月10日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強/吳燦榮團隊與華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院在Science Advances合作發(fā)表了題為“Molecular Recognition and Activation of the Prostacyclin Receptor by Anti-Pulmonary Arterial Hypertension Drugs”的研究成果。本研究利用冷凍電鏡技術(shù)解析了曲前列環(huán)素（TRE）和賽樂西帕在體內(nèi)的活性代謝物MRE-269（MRE）兩種藥物結(jié)合于人類前列環(huán)素受體-Gs復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.56埃和2.41埃（圖1）。這項研究揭示了IP獨特的配體選擇性、受體激活以及G蛋白偶聯(lián)機制，有望為更高選擇性的IP激動劑提供結(jié)構(gòu)依據(jù)。

圖1. IP-Gs與配體復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

前列腺素是一類含氧花生四烯酸代謝物，包含前列環(huán)素（PGI2）、前列腺素 F2??(PGF2 )、前列腺素D2 (PGD2)、前列腺素 E2 (PGE2)、血栓素A2 (TXA2)。它們通過作用于對應(yīng)的前列腺素受體發(fā)揮廣泛的生物學(xué)功能。其中前列腺環(huán)素受體（IP）在配體作用下激活后主要與Gs亞型的G蛋白偶聯(lián)，激活腺苷酸環(huán)化酶并催化三磷酸腺苷（ATP）轉(zhuǎn)化為環(huán)磷酸腺苷（cAMP）。IP在肺臟和心臟中大量分布，在血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞中表達量較高，激活時具有促進血管舒張、抗血小板、抑制增殖以及免疫調(diào)節(jié)的作用，在調(diào)節(jié)血壓和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮了重要功能。因此，它是治療肺動脈高壓的重要藥物靶點，其選擇性激動劑在PAH高壓的治療中起到了重要作用。

在臨床上，目前已經(jīng)有包括依前列醇（Epoprostenol），曲前列環(huán)素（Treprostinil，TRE）和賽樂西帕（Selexipag）在內(nèi)的數(shù)種選擇性IP受體激動劑被美國食品和藥物管理局 (FDA)批準用于治療肺動脈高壓。其中依前列醇是IP的內(nèi)源性配體，由于穩(wěn)定性較差，只能用于靜脈給藥。曲前列環(huán)素作為內(nèi)源性配體類似物，穩(wěn)定性有了較大提升，可以口服給藥，但因其選擇性較差，所以存在較多的副作用。賽樂西帕是FDA于2015年批準的用于治療肺動脈高壓的IP選擇性激動劑，相較于其他IP激動劑，賽樂西帕具有更高的選擇性和更長的半衰期。在體內(nèi)代謝為MRE-269后，能夠以較高的選擇性激活I(lǐng)P，達到治療肺動脈高壓的目的。作為肺動脈高壓的重要治療靶點之一，開發(fā)具有更高選擇性和穩(wěn)定性的IP激動劑，是改善肺動脈高壓病人預(yù)后、降低毒副作用和提高生活質(zhì)量的關(guān)鍵。然而，目前IP與其選擇性配體復(fù)合物的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)缺失，有關(guān)IP的配體識別、激活機制和決定藥物選擇性的分子機制等科學(xué)問題目前尚未解決，這也極大阻礙了IP高選擇性激動劑的開發(fā)。

在本項研究中，通過結(jié)構(gòu)解析、功能實驗和分子對接，科研人員揭示了脂質(zhì)受體家族中IP的配體選擇性識別、激活以及G蛋白偶聯(lián)方面的獨特機制。通過對比兩個藥物與IP的相互作用氨基酸的差異，研究人員發(fā)現(xiàn)，曲前列環(huán)素（TRE）在與保守的W169有著較強的π-π 相互作用，與不保守的氨基酸Y281則結(jié)合很弱，而MRE-269則剛好相反，在避免了與保守氨基酸W169結(jié)合的同時，與不保守的氨基酸Y281有著較強的π-π相互作用。這種相互作用氨基酸的差異可能是MRE-269選擇性明顯高于曲前列環(huán)素（TRE）的分子機制（圖2）。在激活機制方面，IP并沒有典型的W6.48 ‘toggle switch’，且兩個配體分子距離TM6都距離較遠。作者通過與同家族抑制態(tài)結(jié)構(gòu)對比和功能實驗發(fā)現(xiàn)，IP在配體作用下引起TM1的內(nèi)移，進而通過TM1-TM7-TM6逐步傳遞，引起受體的激活（圖2）。

圖2. IP受體的激動劑選擇性、激活和G蛋白偶聯(lián)機制。

本研究的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在上海市高峰電鏡中心收集。上海藥物所與華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生汪驥齊是該論文的第一作者。上海藥物所為本研究第一完成單位，上海藥物所吳燦榮副研究員、徐華強研究員為該論文的共同通訊作者。該工作獲得了包括國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院先導(dǎo)專項以及上海市市級科技重大專項等項目的資助。