2024年4月16日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)/蔡洪敏團(tuán)隊(duì)與謝欣團(tuán)隊(duì)在Nature Communications合作發(fā)表了題為“Cryo-EM structures of adenosine receptor A₃AR bound to selective agonists”的研究成果。本研究利用冷凍電鏡技術(shù)解析了臨床試驗(yàn)藥物CF101 (商品名：Piclidenoson)和 CF102(商品名：Namodenoson）結(jié)合人源腺苷受體A₃AR偶聯(lián)Gi蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.3埃和3.2埃。這項(xiàng)研究展示了A₃AR的配體選擇性、受體激活和Gi蛋白偶聯(lián)機(jī)制，為設(shè)計(jì)高選擇性和親和力的腺苷受體亞型A₃AR激動(dòng)劑提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

G蛋白偶聯(lián)受體的腺苷受體亞家族包含四種重要的亞型：A₁、A_2A、A_2B和A₃，這些受體在生物體內(nèi)均被內(nèi)源性配體腺苷所激活，介導(dǎo)一系列重要的生理和病理功能，如免疫調(diào)節(jié)、能量平衡、心臟功能以及神經(jīng)保護(hù)等。盡管腺苷受體的內(nèi)源性均是腺苷，但不同亞型的受體的組織分布、表達(dá)水平、對(duì)配體的結(jié)合力、介導(dǎo)的下游信號(hào)分子均有所不同，產(chǎn)生了不同的生理效應(yīng)。

2022年，蔣軼/徐華強(qiáng)/謝欣團(tuán)隊(duì)在Cell Discovery發(fā)表題為“Structures of adenosine receptor A_2BR bound to endogenous and synthetic agonists”的研究成果，揭示了腺苷受體亞型A_2B結(jié)合內(nèi)源性配體腺苷和選擇性激動(dòng)劑小分子（BAY 60-6583）的分子機(jī)制。至此，腺苷受體亞型A₁、A_2A和A_2B的結(jié)構(gòu)已被成功解析，A₃AR是最后一個(gè)結(jié)構(gòu)未知的亞型。腺苷受體亞型序列相似性高，配體口袋的氨基酸保守性高，了解不同亞型的腺苷受體結(jié)構(gòu)有助于開(kāi)發(fā)亞型特異性結(jié)合的選擇性配體。

A₃AR廣泛表達(dá)在人體的大腦、心臟、肺、肝臟、腎臟以及免疫細(xì)胞等多種組織細(xì)胞中。A₃AR不僅參與調(diào)節(jié)心臟功能、血管舒張，還具備抑制炎癥、防止缺血再灌注損傷以及抑制氧化應(yīng)激等多重功能。此外，A₃AR在多種腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，有望成為癌癥治療的靶點(diǎn)，展現(xiàn)了較大的應(yīng)用潛力和治療前景。CF101和CF102同為A₃AR的高親和力激動(dòng)劑，兩種小分子在臨床試驗(yàn)中展現(xiàn)出較好的效果，CF101在銀屑病和自身免疫性疾病類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療中有效，而氯代小分子CF102則用于治療肝細(xì)胞癌和非酒精性脂肪性肝炎。

本項(xiàng)研究表明，A₃AR具有腺苷受體家族高度保守的配體結(jié)合口袋，CF101和CF02均結(jié)合在受體的正構(gòu)口袋中，主要通過(guò)其嘌呤基團(tuán)與受體形成保守的相互作用。與內(nèi)源性配體腺苷分子相比，選擇性小分子具有修飾基團(tuán)3-碘芐基，兩個(gè)小分子在結(jié)合受體后呈現(xiàn)出不同的朝向。研究人員發(fā)現(xiàn)，受體的第三個(gè)胞外環(huán)ECL3對(duì)A₃AR的配體選擇性和受體激活具有關(guān)鍵作用，其他腺苷受體亞型的骨架上引入A₃AR的ECL3，均獲得了結(jié)合選擇性配體CF101和CF102的能力。隨后，研究人員又通過(guò)對(duì)腺苷受體家族配體結(jié)合口袋殘基比對(duì)及結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)A₃AR具有一個(gè)由His^3.37，Ser^5.42和Ser^6.52殘基共同組成的亞口袋，關(guān)鍵殘基的突變使得A₃AR喪失結(jié)合選擇性小分子CF101和CF102的能力。該研究成果幫助我們從結(jié)構(gòu)的角度理解了A₃AR結(jié)合選擇性小分子的機(jī)理，為腺苷家族受體亞型的選擇性配體開(kāi)發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖1. A₃AR與選擇性配體的復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)及其配體選擇性機(jī)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。上海藥物所蔡洪敏博士，郭世猛博士、徐有偉博士和碩士生孫珺為該論文的共同第一作者，徐華強(qiáng)研究員、謝欣研究員和蔡洪敏博士為該論文的共同通訊作者。該工作獲得了包括國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、上海市市級(jí)科技重大專(zhuān)項(xiàng)和中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)等項(xiàng)目的資助。

全文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-47207-6

（供稿部門(mén)：徐華強(qiáng)課題組）