2024年9月3日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)/趙麗華團(tuán)隊(duì)在Cell Discovery發(fā)表了以“Molecular mechanism of prolactin-releasing peptide recognition and signaling via its G protein coupled receptor”為題的研究論文。該研究報(bào)道了PrRPR在內(nèi)源性多肽PrRP20激活下，分別偶聯(lián)下游G_q和G_i蛋白的冷凍電鏡復(fù)合物結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.96和2.97埃（圖1），揭示了催乳素釋放肽受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。

RF-酰胺肽是神經(jīng)肽中的一種，其以羧基末端的精氨酸-苯丙氨酸-NH2(Arg-Phe-NH2，RF-amide)基序?yàn)楣餐攸c(diǎn)，發(fā)揮著重要的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)作用，參與了代謝、生殖和痛覺感受等一系列生理過程。在哺乳動(dòng)物中，RF-酰胺肽受體家族主要包括:催乳素釋放肽受體(PrRPR，GPR10)、神經(jīng)肽FF受體1/2 (NPFF1R/NPFF2R，GPR147/GPR74)、kisspeptin受體(KISS1R，GPR54)和焦谷氨?；疪F-酰胺肽受體(QRFPR，GPR103)在內(nèi)的5個(gè)受體成員。其中，催乳素釋放肽(PrRP)可結(jié)合并激活催乳素釋放肽受體(PrRPR)，也稱為GPR10。PrRP和PrRPR在哺乳動(dòng)物中高度保守，參與調(diào)節(jié)食欲和能量代謝、應(yīng)激反應(yīng)、疼痛感受、以及心血管和生殖系統(tǒng)功能，是肥胖相關(guān)代謝性疾病治療的潛在靶點(diǎn)。

催乳素釋放肽PrRP前體經(jīng)剪切形成兩種不同長度的內(nèi)源性多肽：PrRP20和PrRP31，PrRP20是由20個(gè)氨基酸組成的內(nèi)源性神經(jīng)肽，可通過G_q/11和G_i/o信號(hào)通路激活大量表達(dá)在丘腦網(wǎng)狀核、下丘腦核、極后區(qū)、孤束核等區(qū)域的PrRPR，從而調(diào)節(jié)食物攝入、能量代謝、痛覺感受、應(yīng)激反應(yīng)、睡眠和節(jié)律等生理過程（圖1）。目前已進(jìn)行的多項(xiàng)針對(duì)PrRP類似物的構(gòu)效關(guān)系研究主要集中于其C端RF-酰胺基序，這些研究表明，位于C端的關(guān)鍵氨基酸的改變將顯著影響配體活性，其對(duì)于PrRP-PrRPR的相互作用至關(guān)重要。但是PrRP與受體相互作用并激活G蛋白的詳細(xì)過程一直不清楚，揭示催乳素釋放肽受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制對(duì)開發(fā)針對(duì)肥胖、2型糖尿病、睡眠障礙和癲癇的藥物具有重要意義。

圖1 （a）PrRP20介導(dǎo)的PrRPR的G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)通路及其生理作用示意圖。（b）PrRP20-PrRPR-Gq-scFv16和 PrRP20-PrRPR-Gi-scFv16復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

本研究首先闡明了PrRPR中包括RF-酰胺基序識(shí)別口袋在內(nèi)的配體結(jié)合口袋，結(jié)構(gòu)和功能分析顯示，RF-酰胺基序中的酰胺基團(tuán)和精氨酸側(cè)鏈與受體形成了重要的極性相互作用（圖2a-c）。序列比對(duì)結(jié)果顯示，PrRPR中與PrRP20的RF-酰胺基序所形成的極性網(wǎng)絡(luò)及疏水口袋氨基酸殘基高度保守（圖2d），這表明RF-酰胺肽受體家族識(shí)別其配體的保守性特征。另外，PrRP20-PrRPR復(fù)合物結(jié)構(gòu)相較于NPY1R的抑制態(tài)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了經(jīng)典的A類GPCR激活特征，同時(shí)還伴有TM3胞外端的外移和TM6胞外端朝向TM5的位移（圖2e-g）。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了一種由Y^3.37介導(dǎo)的不同于RF-酰胺肽受體和NPY受體家族的特殊激活機(jī)制（圖2h，i）。闡明PrRP-PrRPR的配體識(shí)別和激活機(jī)制，不僅有利于為合理設(shè)計(jì)靶向這一重要肽-受體系統(tǒng)的選擇性藥物奠定基礎(chǔ)，還可為理解RF-酰胺肽受體亞家族的配體識(shí)別和調(diào)控機(jī)制中的保守性與差異性提供參考，豐富了科研人員對(duì)GPCR激活機(jī)制的理解。

圖2（a，b）RF-酰胺基序與受體的相互作用口袋。（c）功能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證配體結(jié)合口袋關(guān)鍵氨基酸對(duì)PrRPR激活的影響。（d）RF-酰胺肽受體的配體結(jié)合口袋殘基保守性比較。（e-g）PrRP20-PrRPR復(fù)合物結(jié)構(gòu)中的激活態(tài)構(gòu)象變化。（h，i）Y1463.37殘基所介導(dǎo)的“Toggle Switch”擺動(dòng)。

上海藥物所碩士研究生李陽和南京中醫(yī)藥大學(xué)博士研究生袁青寧為該論文的共同第一作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院趙麗華研究員（原上海藥物所徐華強(qiáng)課題組研究員）、上海藥物所徐華強(qiáng)研究員為論文的共同通訊作者。本研究的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在上海市高峰電鏡中心收集，中心吳凱、胡雯對(duì)樣品制備和數(shù)據(jù)收集提供了大量幫助。該項(xiàng)研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)和原創(chuàng)新藥研究全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。

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