Cell | 告别瘙痒困扰！-- 结构新发现助力胆酸衍生物治疗肝病
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慢性瘙痒是一种让肝病患者备受折磨的症状，尤其是胆汁淤积患者，严重影响生活质量。研究发现，胆汁酸（BAs）会激活一种叫MRGPRX4（hX4）的受体，从而引发瘙痒，但具体机制仍不清楚。来自北京大学雷晓光和李毓龙以及北京佑安医院陈煜课题组合作于2024年10月29日在Cell在线发表了题为Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch 的文章，系统的阐明了人体内源性“天然产物”分子胆酸引发胆汁淤积瘙痒的分子机制，同时开发出一种对多种肝胆疾病具备良好治疗效果且不引发瘙痒副作用的先导药物分子。研究发现，胆汁淤积患者体内一种叫3-硫酸胆汁酸的物质水平升高，这与瘙痒症状有关。通过冷冻电镜技术，他们解析了hX4与一种特定胆汁酸（3-磷酸去氧胆酸，DCA-3P）的结构，发现了一个新的结合口袋，关键在于胆汁酸的3-羟基（3-OH）对激活hX4的重要性。在此基础上，研究者开发了一种新化合物C7，它缺少3-OH。研究显示，C7不仅能有效缓解肝损伤和纤维化，还能显著减轻瘙痒，让患者的生活质量得到改善。
非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是全球最常见的慢性肝病，全球患病率约为25%。几乎三分之一的NAFLD患者会发展为非酒精性脂肪肝炎（NASH），该病伴有肝脏脂肪沉积、炎症和纤维化，严重时可能导致肝硬化和肝细胞癌，而肝移植是唯一有效的治疗手段。尽管NASH已成为肝移植的主要原因，但目前尚无FDA批准的药物可用于治疗。
法尼醇X受体（FXR）是一种核受体，主要调节胆汁酸（BA）在肝脏中的水平，控制脂肪合成和脂质吸收，并调节与糖代谢、自噬和炎症相关的基因表达。这种多重功能使得FXR成为了治疗肝病（包括NASH）的新靶点。
奥贝胆酸（OCA）是一种半合成的胆汁酸衍生物，是首个FXR激动剂，其对FXR的亲和力是其母体化合物（去氧胆酸，CDCA）的近100倍。OCA已被批准用于治疗原发性胆汁性胆管炎（PBC）和其他肝脏及代谢疾病。然而，临床试验显示OCA会显著增加低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，并伴有瘙痒的副作用，瘙痒是OCA最常见的副作用，且与剂量相关，有时会导致部分患者停药。虽然同时使用他汀类药物可以减轻LDL-C的增加，但OCA引起瘙痒的机制尚不明确。
胆汁酸是胆固醇代谢的最终产物，参与多种生理活动。胆汁淤积常常导致胆汁酸的积聚，而其最常见的症状之一就是瘙痒，影响多达80%的肝细胞和胆管细胞淤积患者。这种痛苦的瘙痒常常导致严重的失眠、抑郁，甚至自杀念头，严重降低患者的生活质量。目前对胆汁淤积瘙痒的治疗方法（如利福平、乌鲁苯酸、胆酸盐和贝扎非特）效果有限，并常伴有副作用。目前有效的治疗药物稀少，主要原因在于瘙痒机制不明。
许多临床研究表明胆汁酸与瘙痒之间存在密切关联。值得注意的是，人类MRGPRX4（hX4）是一种在人类脊神经节神经元中表达的G蛋白偶联受体，最近被认为是瘙痒的内源性受体。缺乏详细的机制研究严重阻碍了临床对瘙痒的诊断和治疗。
为了了解哪些特定的胆汁酸在诱发瘙痒方面更为关键，研究者收集了14例有明显瘙痒症状的胆汁淤积患者（瘙痒组）和20例没有瘙痒症状的患者（无瘙痒组）的血浆样本，并使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析了28种胆汁酸。结果显示，瘙痒组的总胆汁酸浓度显著高于无瘙痒组（p = 0.034 < 0.05），并且胆汁淤积患者伴有瘙痒症状的3-硫酸胆汁酸水平较无瘙痒症状患者更高。这种磺酸化增加了胆汁酸与hX4的亲和力，导致瘙痒症状加重。
图1 3-硫酸胆汁酸升高与胆汁淤积性瘙痒呈正相关
此外，研究者通过对3-硫酸胆汁酸进行改造，将磺酸基团换成了携带两个负电荷的磷酸基团，人工合成了3-磷酸去氧胆酸（DCA-3P）。这种磷酸化修饰确将其亲和力提升了近十倍。研究者通过冷冻电镜技术解析了DCA-3P与hX4的复合结构，揭示了胆汁酸的3-羟基（3-OH）在激活hX4中的重要作用。有趣的是，DCA-3P所结合的口袋与目前所报道的其余MRGPRX家族受体小分子的结合口袋都不一样。其余的小分子都结合在MRGPRX家族更靠近溶剂的部分，而DCA-3P则以垂直的方式地结合在hX4内部。
图2 hX4的冷冻电镜结构揭示了其与胆酸类似激动剂DCA-3P的结合
瘙痒是OCA的常见副作用，限制了其临床应用。为了探究OCA诱导瘙痒的机制，研究者研究了OCA是否直接激活hX4，因为其结构与CDCA和DCA相似。在表达hX4的HEK293T细胞中，OCA显著增加了细胞内Ca²⁺水平，而在非转染细胞中没有观察到这种反应。OCA激活hX4的EC50值为20-30 μM，类似于CDCA，但明显高于在人类中常见的甘氨酸结合CDCA（GCDCA）。有趣的是，与CDCA或GCDCA不同，OCA通过hX4招募并激活了下游β-逮捕蛋白信号通路。此外，OCA选择性地激活hX4，而不影响其他人类MRGPRX受体。在表达hX4的大鼠DRG神经元中，OCA也诱导了剂量依赖性的Ca²⁺反应，而非转染的神经元则未表现出反应。此外，来自人源化大鼠的几乎一半mS阳性神经元对OCA有反应，而mS阴性神经元则没有。综合来看，研究者证明了OCA选择性激活瘙痒受体hX4，有效介导了初级感觉神经元的激活。确认OCA通过激活hX4引起瘙痒。
图3 OCA激活hX4引发瘙痒
在OCA的副作用靶点被证实之后，基于对胆酸激活hX4机制的深入理解，研究团队对OCA进行了精准的结构改造，去除了其激活hX4所必需的3-OH基团，成功获得了化合物C7。通过细胞水平的实验证实，C7失去了激活hX4的能力但保留了对FXR的激活活性。进一步通过人源化大鼠动物模型验证，发现化合物C7并不会使人源化大鼠产生瘙痒的症状，这也就说明，基于胆酸激活hX4的分子机制，非常精准地使得OCA失去了原本导致瘙痒的功能，为治疗肝病提供了一个不良反应少的新药候选。
总的来说，这篇工作工作量巨大，围绕着胆汁淤积患者的瘙痒症状机制以及针对此的药物改造进行了系统研究。首先从临床样本中结合高分辨质谱发现3位羟基磺酸化修饰胆酸在瘙痒胆汁淤积病人体内显著升高，利用冷冻电镜技术，解析了hX4与胆酸类似物的复合物结构，详细地阐明了胆酸的3-OH对于激活hX4的重要作用。然后针对临床上导致瘙痒副作用的经典药物OCA进行了精确的的化学改造得到了C7，保留了肝病治疗活性的同时丧失了瘙痒的副作用，为临床应用提供了全新的途径。
图4 本研究总结
原文链接
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01149-8
供稿 | 谭佳鑫
审稿 | 肖媛
责编 | 囡囡
设计 / 排版 | 可洲
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