北京時間今天凌晨,國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》同時在線發(fā)表了兩項重大成果。中科院上海藥物研究所領(lǐng)銜成功解析人源胰高血糖素受體全長蛋白的三維結(jié)構(gòu),上海科技大學(xué)iHuman研究所領(lǐng)銜成功解析人源胰高血糖素樣肽1受體七次跨膜區(qū)晶體結(jié)構(gòu)。這兩個發(fā)現(xiàn)為研發(fā)治療2型糖尿病的新藥提供了重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)。此外,iHuman研究所領(lǐng)銜成功解析了人源平滑受體的多結(jié)構(gòu)域三維結(jié)構(gòu),這是抗腫瘤藥物的重要靶點。該成果于北京時間昨天在知名學(xué)術(shù)期刊《自然通》發(fā)表。上述三個受體都屬于G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)家族。復(fù)旦大學(xué)是這三項工作的主要合作單位。
“得GPCR者,得天下”,這是中科院上海藥物所所長蔣華良經(jīng)常說的一句話。GPCR與人類疾病關(guān)系密切,是最大的藥物靶標(biāo)蛋白家族,由826個成員組成,目前40%以上的上市藥物以GPCR為靶點。
三項GPCR重大成果集中亮相并非偶然,一個GPCR研究高地正在張江崛起--以上海藥物所、上科大iHuman研究所為主體,與復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院、國家新藥篩選中心密切合作的GPCR研究集群正厚積薄發(fā)。全世界一共解析了46個GPCR結(jié)構(gòu),該研究集群不到6年共成功解析11個。該研究集群在《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》等頂級學(xué)術(shù)期發(fā)表了12篇研究論文,開發(fā)出4個相關(guān)候選藥物,使我國GPCR 結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究迅速達(dá)到國際先進水平。
至今尚無上市藥物
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),細(xì)胞表面存在著一種蛋白質(zhì),即GPCR,充當(dāng)了“信號兵”,在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮非常關(guān)鍵的作用。胰高血糖素受體屬于B型GPCR,是抗2型糖尿病藥物的重要靶點,因為其結(jié)構(gòu)信息的缺失,至今尚無上市藥物。由于獲得穩(wěn)定的完整GPCR蛋白難度極大,只能“分而解之”,其全長結(jié)構(gòu)一直未被解析,因而成為國內(nèi)外該研究領(lǐng)域的焦點和熱點。最近,上海藥物所研究員吳蓓麗、王明偉和蔣華良等三個課題組聯(lián)手國際伙伴,用兩年半時間篩選了200余種重組蛋白表達(dá)載體,首次在較高分辨率水平測定了胰高血糖素受體全長蛋白的三維結(jié)構(gòu)。
從研究具有鎮(zhèn)痛活性的中草藥延胡索,到發(fā)現(xiàn)可用于治療精神分裂癥的小檗堿類天然產(chǎn)物作用機制,上海藥物所具有悠久的GPCR 研究歷史。近年來,上海藥物所引進了一批GPCR結(jié)構(gòu)生物學(xué)人才。至今,上海藥物所主導(dǎo)測定了9種與免疫、神經(jīng)、代謝性和心血管疾病密切相關(guān)的GPCR晶體結(jié)構(gòu)。
在此基礎(chǔ)上,上海藥物所很快開始了多個靶向GPCR的藥物研發(fā)。2013年9月,吳蓓麗研究組解析出艾滋病毒共受體CCR5晶體結(jié)構(gòu)后不久,上海藥物所柳紅、謝欣、蔣華良、吳蓓麗以及中科院昆明動物所鄭永唐研究員等,迅速獲得了全面進入臨床前研究的藥物候選物,其抗HIV活性和生物利用度等指標(biāo)均優(yōu)于目前臨床使用的藥物馬拉維若。
小分子口服藥是醫(yī)藥熱點
促進胰島素分泌是治療糖尿病的主攻方向之一。胰高血糖素樣肽-1受體(簡稱GLP-1R)是國際公認(rèn)的2型糖尿病治療靶標(biāo),目前已有多個靶向該受體的多肽藥物上市,年銷售額超過100億美元。由于多肽藥物必須注射使用,靶向GLP-1R的小分子口服藥物一直是國際醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點。
解析GPCR的結(jié)構(gòu)之難,正在于其構(gòu)象很不穩(wěn)定,其“活潑好動”的個性,使得它的表達(dá)、純化和結(jié)晶都非常困難。在做了300多個克隆構(gòu)建,百余次的洗膜、純化和晶體篩選后,上科大iHuman研究所首次獲得了該受體七次跨膜區(qū)(非活化狀態(tài))的晶體結(jié)構(gòu),分辨率達(dá)到2.7埃。這一發(fā)現(xiàn)為研發(fā)靶向GLP-1R的小分子口服藥物提供了重要線索。
科學(xué)攻關(guān)的關(guān)鍵是團隊合作
“《自然》從上月24日起的一個月內(nèi)將刊登4篇B型GPCR的文章,上海就有2篇。”上海藥物所研究員王明偉說,這樣的科研成果正得益于“大兵團作戰(zhàn)”。正如他另外兩個身份復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院院長和上海科技大學(xué)特聘教授所昭示的那樣,多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合和“大兵團”協(xié)作的優(yōu)勢,對于未來開展前沿科學(xué)研究,搶占國際競爭制高點,將會是一種必然的趨勢。
回顧解析GLP-1R結(jié)構(gòu)的過程,論文第一作者宋高潔副研究員講了一個細(xì)節(jié)。由于該受體的構(gòu)象極其不穩(wěn)定,有時在4攝氏度的冰箱放上幾個小時,就聚集了。而結(jié)晶需要獲得整齊排列的蛋白分子,就需要借助小分子來穩(wěn)定受體。當(dāng)他向王明偉“討”20毫克小分子配體時,對方不僅給了,還給了整整1克。
“進行重大科學(xué)難題最關(guān)鍵的要素就是團隊合作。”上科大iHuman研究所所長雷蒙德·斯蒂文斯說,這兩個發(fā)表于《自然》的工作,其核心數(shù)據(jù)來自上科大iHuman研究所、上海藥物所、復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院、國家新藥篩選中心,也來自阿姆斯特丹、美國南加州大學(xué)、GPCR研究聯(lián)盟,還有一些企業(yè)的科研人員。雷蒙德·斯文斯至今感念,是上海藥物所將他和上海聯(lián)結(jié)在了一起。(來源:解放日報)