推薦一篇發(fā)表在Nature上的文章“Allosteric modulation and biased signalling at free fatty acid receptor 2”，通訊作者是來自美國匹茲堡大學(xué)的Cheng Zhang，英國格拉斯哥大學(xué)的Graeme Milligan和英國貝爾法斯特女王大學(xué)的Irina Tikhonova。其中第一通訊作者Cheng Zhang教授的研究方向是利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法探索 GPCR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制。
游離脂肪酸受體FFA2（free fatty acid receptor 2）廣泛表達(dá)于腸道上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞中，能夠響應(yīng)短鏈脂肪酸信號，在肥胖、糖尿病和炎癥性腸病等多種代謝疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此近年來FFA2已成為免疫代謝類疾病藥物開發(fā)的重要靶點(diǎn)。其中備受關(guān)注的思路之一是合成正變構(gòu)激動劑（positive allosteric modulator，PAMs），但目前已報(bào)道的PAM藥物與FFA2結(jié)合的具體位點(diǎn)以及這些結(jié)合如何影響G蛋白信號通路等關(guān)鍵問題仍未被系統(tǒng)闡明。因此本文中作者針對目前已開發(fā)的FFA2多種PAMs小分子進(jìn)行了評估。
作者首先應(yīng)用GPCR藥理學(xué)檢測方法，分別分析了PAMs的信號激活譜系和偏倚信號特征，即FFA2與小分子結(jié)合后與下游的哪些蛋白互作：（1）激活Gi/o；（2）激活Gq/11；（3）招募β-arrestin。結(jié)果顯示，這些PAMs有著不同的下游激活響應(yīng)效果：compound 187為強(qiáng)效G蛋白偏向性激動劑，能激活Gi，但幾乎不招募β-arrestin；AZ-1729表現(xiàn)出顯著的Gi選擇性，同時(shí)抑制Gq信號；4-CMTB則具有一定的Gi偏好性但激活譜系較廣。作者還用cAMP還原試驗(yàn)檢測了PAMs和已知的正構(gòu)激動劑TUG-1375 之間是否存在協(xié)同作用，結(jié)果顯示這些PAMs不僅可增強(qiáng)TUG-1375的效果，還表現(xiàn)出相互之間的協(xié)同效應(yīng)，這一結(jié)果說明它們可能結(jié)合在多個(gè)互補(bǔ)的FFA2變構(gòu)口袋中。
隨后，作者利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析出了三種PAMs分別與FFA2-G蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，結(jié)果與預(yù)期一致，這些PAMs分別結(jié)合在兩個(gè)空間上分離的變構(gòu)口袋中，其中4-CMTB 在位點(diǎn)1結(jié)合，AZ-1729 和compound 187 在位點(diǎn)2結(jié)合，兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)均位于GPCR的七重跨膜束和膜雙層之間的界面，且4-CMTB 的結(jié)合位點(diǎn)1處于平坦且淺表的位置，這在GPCR的變構(gòu)位點(diǎn)中并不多見。為了進(jìn)一步理解這些PAMs所介導(dǎo)的偏向性信號傳導(dǎo)機(jī)制，作者結(jié)合分子動力學(xué)模擬（MD）等方法，深入解析了位點(diǎn)2口袋與下游G蛋白的選擇性互作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AZ-1729 和compound 187誘導(dǎo)了不同 ICL2構(gòu)象，賦予了不同的G蛋白亞型選擇性。而4-CMTB的變構(gòu)效果和G蛋白選擇性則與ICL2結(jié)構(gòu)變化無關(guān)。
總的來說，本文鑒定了多種小分子與FFA2復(fù)合物結(jié)合的精確結(jié)構(gòu)，并深入解析了小分子調(diào)控FFA2結(jié)構(gòu)變化和信號傳導(dǎo)的機(jī)制，為開發(fā)針對該家族GPCR的藥物提供了有力信息。
本文作者：FTY
責(zé)任編輯：WYQ
DOI：10.1038/s41586-025-09186-6
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09186-6
