我校水雯箐課題組與合作團隊發展親和質譜技術從天然草本中發現GPCR新型調節劑

ON2020-02-28文章來源 iHuman研究所CATEGORY新聞

2月26日,上海科技大學iHuman研究所、生命科學與技術學院的水雯箐課題組在ACS Central Science雜志上發表研究論文,題為“A Novel G Protein-Biased and Subtype-Selective Agonist for a G protein-Coupled Receptor Discovered from Screening Herbal Extracts”。該工作基于課題組前期發展的GPCR配體篩選親和質譜技術(Chemical Science 2018, Analytical Chemistry 2019),結合結構模擬和藥理評價實驗,從傳統草本植物粗提物中發現了靶向五羥色胺2C(5-HT2C)受體的新型選擇性偏向性激動劑Asimilobine(圖1)。

圖1:論文作為該期刊物的補充封面設計

G蛋白偶聯受體(GPCR)是人體內最大的膜蛋白超家族,也是成藥性最高的藥物靶標。5-HT2C受體屬于A類GPCR,主要分布于中樞神經系統,對情緒、食欲、記憶、認知和能量代謝等都具有重要調控作用。近年來研究發現,5-HT2C受體可作為治療肥胖、癲癇、精神分裂癥和藥物成癮等的潛在藥物靶標。美國FDA批準上市的減肥藥氯色卡林正是該受體的選擇性激動劑,它通過增加飽腹感及降低食欲來發揮減肥效應。然而,由于5-HT受體家族結合配體的區域非常保守,使得針對5-HT2C受體的藥物研發面臨極大挑戰。

天然產物的結構類型豐富多樣、生物活性廣泛,是藥物研發中先導化合物和候選藥物的重要來源。然而,天然產物單體的分離鑒定冗雜重復、周期長、成本高。活性篩選和功能評價取決于單體純度和含量——這些因素限制了天然產物的藥用開發。

為了突破傳統研究方法的局限,水雯箐課題組發展了前期建立的GPCR配體篩選親和質譜技術:首先對15種草本提取物進行了五羥色胺受體家族中不同亞型5-HT2A/2B/2C受體的細胞活性篩選,選擇了防己(Stephania tetrandra)、馬兜鈴(Aristolochia debilis)和吳茱萸(Tetradium ruticarpum)三種活性最好的中藥提取物開展后續的親和質譜分析。在該實驗中,研究人員快速鑒定出馬兜鈴和吳茱萸中的主要活性成分為五羥色胺(5-HT)及其類似物5-MeO-DMT,因而排除了這兩種草本。在防己提取物中,研究人員鑒定到一類新骨架配體阿樸菲生物堿,然后基于質譜篩選數據定向分離技術鑒定出5-HT2C受體的新型選擇性激動劑Asimilobine(圖2)。隨后的藥理學研究顯示,該化合物能夠特異性激活5-HT2C受體,而對同源性很高的5-HT2A和5-HT2B受體沒有激動活性。同時它能偏向性地激活Gq蛋白下游信號通路而不影響b-arrestin招募通路。分子對接和定點突變實驗揭示了Asimilobine與5-HT2C受體的結合模式。研究者進一步在急性和慢性實驗動物模型上發現Asimilobine通過抑制小鼠進食來降低體重,其體內藥效與減肥藥氯色卡林相似。

圖2:基于親和質譜技術的GPCR配體篩選流程

本研究將親和質譜篩選與多學科技術交叉融合,從天然草本粗提物中快速發現活性新穎的GPCR調節劑。該技術在篩選階段無需分離天然產物單體,顯著提高了實驗效率,為GPCR新型配體的發現提供強有力的研究工具。選擇性激動劑Asimilobine是首次報道的只通過偶聯Gq信號通路激活5-HT2C受體的阿樸菲生物堿,為靶向該受體的藥物設計提供了新的分子模板。

上海科技大學iHuman研究所博士后張冰潔和助理研究員趙思蒙為論文的共同第一作者,iHuman研究所、生命科學與技術學院水雯箐研究員及鐘桂生研究員,中國科學院上海藥物研究所王明偉研究員為該論文的共同通訊作者,上海科技大學為第一完成單位。該項目得到了上海科技大學科研啟動基金、科技部重大專項和國家自然科學基金等資助。