发现关键“扳道工” ！浙大团队揭示哮喘药物研发新思路

你或你周围的亲人朋友是否有过这样的经历？反复发作的呼吸困难、喘息、胸闷或咳嗽。如果是，就需要警惕可能患上了哮喘。

哮喘是全球常见的慢性疾病之一，患病率逐年增加。有数据显示，哮喘在各个国家发病率为1-18%。全球已有哮喘患者逾4亿人，我国20岁及以上哮喘患者人数已达4570万。然而现有的治疗策略下，哮喘的临床控制依然不理想。因此，针对哮喘发病机制、病理过程以及新治疗靶标的研究亟待突破。

浙江大学医学院附属第二医院沈华浩教授、应颂敏教授课题组联合浙江大学医学院生物物理学系张岩教授课题组历经科研攻关，利用冷冻电镜技术首次成功解析了在哮喘炎症中起到关键作用的趋化因子受体CCR1在不同长度的CCL15配体作用下的G蛋白复合物高分辨率结构，阐明了该受体的内源性配体识别与偏向性信号激活机制，为今后靶向CCR1受体的哮喘药物研发奠定了基础。

北京时间2021年12月24日，《自然》子刊Nature Chemical Biology在线刊登了这项研究成果。

强强联合欲解谜团

沈华浩教授和应颂敏教授团队多年来一直致力于哮喘发病机制与治疗研究。早在2003年，沈华浩就率先证实了嗜酸性粒细胞可直接引发哮喘。经过此后十余年的不懈努力，他们又进一步明确了趋化因子受体CCR1的激活在哮喘炎症中的关键作用，首次提出CCR1及其配体是哮喘治疗的新靶标。

然而，近二十年来，所有针对哮喘治疗的靶向趋化因子受体的小分子药物开发，在临床II期实验中均告失败。根据这一现实，结合团队近十五年对另一趋化因子受体CCR3的研究经验与教训，沈华浩说：“从发病机制看，趋化因子受体CCR1及其配体在哮喘发病中起着关键作用，但一直没有成功研发出药物，因此我们下定决心要在CCR1的结构药理学方向进行探索，寻找药物开发失败的关键因素。”

“我们明明已经知道了CCR1受体的激活在炎症中的关键作用，为什么却不能完全抑制它？关键还在于没有摸透它的内在机制，所以不能进行精准调控。”应颂敏说，团队希望能够深度解析受体与配体相互作用模式信息，以揭开这个谜团。

趋化因子受体CCR1属于A类G蛋白偶联受体（GPCR）。而GPCR是人体中最大的细胞跨膜信号转导受体和最重要的药物靶标。张岩教授课题组长期从事GPCR信号转导和结构药理研究，发展并奠定了基于冷冻电镜的GPCR结构药理学，在GPCR结构药理学领域取得了具有国际影响力的系统性成果。

于是，沈华浩、应颂敏团队与张岩团队强强联合，经历技术攻关，利用冷冻电镜技术首次成功解析了CCR1在不同长度的CCL15配体作用下的G蛋白复合物高分辨率结构。

关键角色浮出水面

团队研究发现，炎症状态下，人体内金属酶的分泌增加，它就像一把锋利的刀，可以把CCL15配体切割成不同长度的三种亚型：CCL15^L、CCL15^M 和CCL15^S（图1）。而这三类因子，就会导向不同的信号通道，好比它们同样接到了去遛弯的指令，但最后有的去了东大街，有的去了西广场。

图1. 趋化因子CCL15的三种亚型

那为什么会产生这样的差异呢？这时候，一个关键角色出场了。

高分辨率的电镜密度显示，位于CCR1正构结合口袋底部的Tyr291^7.43氨基酸侧链在不同配体作用下会表现为截然不同的构象。突变该氨基酸后，CCL15的偏向性信号转导特性几乎完全消失，这就提示Tyr291^7.43是介导CCL15对CCR1的偏向性激活的关键氨基酸位点。结合基于结构的功能研究和计算机模拟结果，研究首次阐述了Tyr291^7.43 在GPCR的配体识别和信号转导中的关键作用（图2）。

“Tyr291^7.43就像是一个铁路扳道工，决定了信号往哪条通道走。”张岩说，知道了信号分子如何激活CCR1，也就明确了下一步如何去阻碍它发挥作用，“之后的哮喘药物研发可能就会考虑如何把这个‘扳道工’封印住。”

图2. CCR1偶联G蛋白复合物的冷冻电镜结构

触类旁通应用延伸

本来这项研究是奔着研发哮喘药物的目的去的，然而团队惊喜地发现，Tyr^7.43不仅在CCR1的配体识别和信号转导中发挥着关键作用，序列比对显示Tyr^7.43 在90余种A 类GPCR中都高度保守并发挥作用，像阿片类受体（μOR,κOR）、血管紧张素受体（AT1R）等。

比如，阿片类受体的配体吗啡是临床上用于镇痛的药物，但是它的副作用也很明显，一个是容易上瘾，一个是会导致呼吸系统和肠道系统的抑制，如果没有控制好吗啡的使用量就会引发严重的不良反应甚至是死亡。

而团队的这项研究系统探索了Tyr^7.43位点在受体响应外部信号激活中的作用，为今后镇痛等靶向GPCR的偏向性药物发现也指明了道路，也许未来我们可以研发出疗效更好副作用更小的药物。

沈华浩说：“我们团队的基础研究最终目的是为了服务于临床，以终为始。接下来我们会致力于结构为导向的CCR1靶向小分子药物的开发，目前团队也已经在小分子药物和CCR1的识别机制研究中取得了一定进展。”

浙江大学医学院附属第二医院呼吸与危重症医学科2017级直博生邵喆婳、浙江大学基础医学院博士后沈庆亚、2019级直博生姚冰鹏为该论文共同第一作者。浙江大学医学院沈华浩、张岩、应颂敏为该论文共同通讯作者。同时，本工作也得到了浙江大学冷冻电镜中心和中科院上海药物研究所徐华强研究员的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-021-00918-z

文字记者：吴雅兰 | 柯溢能

图片由受访者提供

今日编辑：浙江大学融媒体中心学生记者团 肖雯

责任编辑：李灵

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