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年8月6日，中国科学院上海药物研究所王明伟/杨德华团队和徐华强/赵丽华团队携手蒋华良/程曦团队，于《美国国家科学院院刊》（ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica）在线发表了题为“Molecularinsightsintodifferentiatedligandrecognitionofthehumanparathyroidhormonereceptor2”的研究成果。这篇由年诺贝尔化学奖得主RobertJ.Lefkowitz教授主审的直投（PNASDirectSubmission）论文首次报道了人源甲状旁腺激素受体2（Parathyroidhormonereceptor2,PTH2R）与其内源性配体和Gs蛋白复合物的冷冻电镜结构，揭示了PTH2R的配体选择性、拮抗作用及疾病发生的分子机制，为相关新药的研发奠定了坚实的基础。
PTH2R是B1类G蛋白偶联受体家族成员，由个氨基酸组成，主要分布在脑部，参与疼痛传导1,2、伤口愈合3和机械感知4。PTH2R也可调控钙离子转运，改善角质细胞分化，是Darier病和Hailey-Hailey病的潜在治疗靶点5,6。PTH2R和甲状旁腺激素受体1（Parathyroidhormonereceptor1,PTH1R）的天然配体包括甲状旁腺激素（Parathyroidhormone,PTH）、肺漏斗肽39（Tuberoinfundibularpeptide39,TIP39）和甲状旁腺激素类似肽（Parathyroidhormone-relatedpeptide,PTHrP）。PTH2R可被TIP39和PTH识别，但PTH1R只能被PTHrP和PTH激活7。
先前，该团队主要成员通过解析PTH1R与长效甲状旁腺激素（Long-actingparathyroidhormone,LA-PTH）复合物的三维结构，发现PTH1R胞外侧结构域极具灵活性8，但PTH2R和PTH1R特异性识别内源配体的分子机制尚不明了。参加这项研究的科研人员经过前期载体筛选和应用NanoBiT系连技术9获得了颗粒均一且性状稳定的高质量蛋白复合物。借助上海药物所kV冷冻电镜拍摄到的清晰图像和后继单颗粒三维重构获得了分辨率为2.8埃的TIP39–PTH2R–Gs三元复合物的立体结构（图1）。
图1.TIP39激活的PTH2R与Gs蛋白的冷冻电镜结构。左，TIP39–PTH2R–Gs复合物结构；右，TIP39与PTH2R结合模式。
该项研究揭示，PTH2R内源配体TIP39呈现两亲性α螺旋，羧基端与胞外结构域作用，氨基端则插入受体跨膜结构域。与以往已解析的B1类GPCR结构不同，TIP39末端氨基与自身氨基酸残基以氢键方式形成闭合环状结构，较深地插入至跨膜结构域（图1）。与PTH1R相比，PTH2R的第一跨膜螺旋更长，向受体中心弯折，且第一跨膜螺旋与TIP39相互作用（图2），这可能是PTH2R选择性识别配体的结构基础。分子动力学模拟和点突变实验证明PTH2R的Y.39b、K.67b和RECL2参与配体的特异性识别（图2）。截短TIP39的氨基端则使之成为PTH2R的拮抗剂即TIP(7-39)。分子动力学模拟结果表明，TIP(7-39)与PTH2R相互作用导致第六跨膜螺旋弯折的角度相比全长TIP39所引起的弯折角度为小，从而解释了TIP(7-39)拮抗作用的分子机制。基于TIP39–PTH2R–Gs复合物结构，引入导致生长发育迟缓的GD突变，分子动力学模拟发现该变异受体胞内侧疏水作用被破坏，与G蛋白结合能力减弱，点突变实验也佐证了这一结论。
图2.PTH1R和PTH2R特异性识别配体的分子基础。上，PTH2R结合TIP39与PTH1R结合LA-PTH的构象比较；下，配受体作用模式图。
上海药物所/复旦大学王明伟讲座教授、上海药物所杨德华研究员和徐华强研究员为该论文的共同通讯作者；上海药物所硕士研究生王希、程曦副研究员和赵丽华副研究员为共同第一作者。合作者包括上海药物所蒋华良研究员、华中科技大学夏天教授和复旦大学基础医学院周庆同青年研究员等。该研究成果的第一完成单位是上海药物所，先后获得了国家自然科学基金委员会、国家科技重大专项、国家重点基础研究计划、中国科学院先导专项、上海市科技发展基金和诺和诺德-中科院研究基金等的经费资助。
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