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PNAS：浙江大学张海涛团队揭示人胃泌素释放肽受体结合拮抗剂和激动剂结构

2023-02-07 iNature iNature 发表于上海

胃泌素释放肽
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胃泌素释放肽受体( GRPR )是蛙皮素( BBN ) G蛋白偶联受体中的一员，在多种恶性肿瘤中异常高表达，包括乳腺、前列腺、胰腺、肺和中枢神经系统。此外，它还介导小鼠的非组胺性瘙痒和病理性瘙痒。

胃泌素释放肽受体( GRPR )是蛙皮素( BBN ) G蛋白偶联受体中的一员，在多种恶性肿瘤中异常高表达，包括乳腺、前列腺、胰腺、肺和中枢神经系统。此外，它还介导小鼠的非组胺性瘙痒和病理性瘙痒。因此，GRPR可能是癌症和瘙痒治疗的一个潜在靶点。

2023年2月1日，浙江大学张海涛团队在PNAS 上在线发表题为“Structures of human gastrin-releasing peptide receptors bound to antagonist and agonist for cancer and itch therapy”的研究论文，该研究报道了人GRPR与非肽类拮抗剂PD176252复合物的非活性状态晶体结构，以及GRPR与内源性肽类激动剂胃泌素释放肽和人工合成的BBN类似物[ D-Phe6 , β-Ala11 , Phe13 , Nle14]Bn ( 6-14 )结合后与Gq异三聚体复合物的两种活性状态冷冻电镜结构。

总之，这些结构揭示了GRPR的配体结合、受体激活和Gq蛋白信号传导的分子机制，有望加速基于结构的GRPR拮抗剂和激动剂的设计，用于癌症和瘙痒的治疗。

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在哺乳动物中，蛙皮素( BBN )受体家族属于肽G蛋白偶联受体( GPCRs )，由神经介素B受体( NMBR / BB1 )、胃泌素释放肽受体( GRPR / BB2 )和孤儿BBN受体亚型3 ( BRS-3 / BB3 ) 3种亚型组成。这些受体广泛分布于中枢神经系统( CNS )和外周组织，对生理和病理过程有广泛影响。哺乳动物的BBN受体，尤其是GRPR，在多种人类肿瘤中高表达，如前列腺癌、乳腺癌和小细胞肺癌，以及包括胶质瘤、神经母细胞瘤和髓母细胞瘤在内的中枢神经系统/神经肿瘤。
BBN是第一个从红腹铃蟾铃蟾属铃蟾属的皮肤中分离出来的14个氨基酸残基的多肽( Pyr - QRLGNQWAVGHLM - NH2)，其对应的哺乳动物胃泌素释放肽( GRP )是一个27个氨基酸残基的多肽，与BBN具有相同的C末端Trp - Ala - Val - Gly - His - Leu - Met - NH2。许多来源于GRP / BBN的C端片段的多肽与BBN受体家族具有高亲和力，已被用作肿瘤治疗和诊断基序。人工合成的BBN类似物[ D-Phe6 , β-Ala11 , Phe13 , Nle14] Bn ( 6-14 )已被证明可与所有3种人BBN受体高亲和力结合。一方面，通过将这些多肽与抗癌药物紫杉醇、多柔比星、海洋毒素、MagaininⅡ等偶联，来抑制癌症的增殖。另一方面，可以开发放射性标记的BBN化合物作为GRPR成像探针用于癌症诊断。
 
然而，这些多肽在人体内与大约600种不同的蛋白酶快速代谢降解，从而表现出多样的构象和短的半衰期。PD176252是第一个非肽类GRPR拮抗剂，具有高亲和力，Ki = 1.0 nM。该拮抗剂可剂量依赖性地抑制肺癌细胞的生长和增殖，且毒性较低。然而，PD176252及其衍生物因其过度的构象柔性表现出较差的溶解性和选择性。因此，设计化学性质稳定的GRP / BBN类似物，提高对GRPR的选择性和亲和力至关重要。由于缺乏GRPR的三维结构，目前设计GRP / BBN类似物具有很大的挑战性。
 
慢性瘙痒与特应性皮炎、变应性接触性皮炎、银屑病、全身性疾病、神经系统疾病、药物副作用等有关，给人类的日常生活带来了极大的痛苦。临床研究表明，大多数慢性瘙痒对抗组胺药物难以耐受，缺乏安全有效的治疗药物。GRPR是脊髓中一种通用受体，在背根神经节神经元中被GRP激活，主要介导非组胺能瘙痒。切除GRPR神经元可完全消除包括机械性瘙痒在内的所有类型的瘙痒传递，而不影响疼痛传递。
 
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GRPR-PD176252的总体结构（图源自PNAS ）
 
GRPR通过与小鼠μ阿片类受体( MOR )亚型1D和人的MOR1Y的相互作用，在介导阿片类药物诱导的瘙痒中起关键作用。此外，小鼠视交叉上核GRPR的缺失消除了传染性痒觉传递。GRPR在多种啮齿类动物和猴子慢性瘙痒模型的脊髓中表达上调，阻断GRPR可显著缓解慢性瘙痒，激动κ阿片受体( KOR )激动剂具有显著的抗非组胺能瘙痒作用，已用于临床试验以缓解慢性瘙痒。KOR激动剂通过阻断GRPR功能中枢发挥抗瘙痒作用。重要的是，GRP / GRPR在动物物种中高度保守，表明它是脊髓和三叉神经感觉神经元中非组胺能痒觉的主要受体。
 
为了阐明配体结合和受体激活的分子机制，该团队测定了GRPR与肽激动剂、天然配体GRP和人工合成的BBN类似物[ D-Phe6 , β-Ala11 , Phe13 , Nle14]Bn ( 6-14 )复合物的两种活性态冷冻电镜结构。此外，研究人员测定了GRPR与非肽类拮抗剂PD176252复合物的非活性状态晶体结构。总之，这些结构揭示了GRPR的肽激动剂和非肽拮抗剂结合的分子机制。这些发现有望加速结构导向的努力，以开发出更有选择性和稳定性的GRPR激动剂和拮抗剂，对癌症和非组胺能瘙痒具有潜在的治疗作用。
 
参考信息：
https://doi.org/10.1073/pnas.221623012

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