P2Y1受体激活的分子机理

chem药物研发2016-11-27382610

G 蛋白偶联受体蛋白（GPCRs）又称七次跨膜螺旋膜蛋白。GPCRs参与着人体的各种生理功能，包括神经信号传递、细胞分化、视觉、嗅觉等。人类的重大疾病如老年痴呆症、癌症、艾滋病也与GPCRs密切相关。GPCRs是最为热门的药物设计和筛选靶标蛋白，目前40%左右的上市药物都是基于GPCRs而设计。因此研究和理解GPCRs的结构与功能，对当今药物设计至关重要。

一个蛋白质的特有生理功能与活性，是由它特定的三维结构决定的。因此从蛋白三维结构来理解GPCRs的功能是当今药物设计中必不可少的一个环节。随着结构生物学技术突飞猛进的发展，截止到2016年11月初，已经了41个不同种类的GPCRs结构被解析出来。这其中涵盖了GPCRs的A、B、C和F亚家族。

尽管传统结构生物学对人们理解蛋白的生理功能提供了不可或缺的方法和信息，但它也有自己的缺陷。比如传统结构生物学不能告诉人们为什么GPCRs结合激动剂（agonist）之后可以被激活，而结合拮抗剂（antagonist）的时候为什么信号通路会被阻断。此外，单个GPCRs晶体结构也不能告诉人们 GPCRs具体的激活动态过程是怎样的。与之相比，计算结构生物学则很好的弥补了传统结构生物学的不足。比如：通过在计算机上构建磷脂双层和溶剂环境，可以模拟GPCRs在细胞生理环境下的动态过程（图一）。

P2Y1受体激活的分子机理第1张

图一：分子动力学模拟GPCR膜蛋白体系

P2Y₁蛋白是ADP诱导血小板聚集反应中的主要受体，与人体血栓的形成密切相关。基于晶体结构和长时间尺度的分子动力学模拟，作者阐释了P2Y₁两种不同拮抗剂的抑制机理。BPTU和MRS2500分子都是P2Y₁受体的拮抗剂（图二），但他们的结合位点完全不同。分子动力学模拟发现，尽管BPTU和MRS2500所处的结合位点不一样，但他们都可以稳定P2Y₁内部氨基酸R310和D204之间的盐键。与之相对比，激动剂ADP与P2Y₁结合后，这个盐键则被破坏，并且有大量的水分子从溶剂环境进入P2Y₁受体的内部（图三）并形成连续水分子通道。研究进一步发现，BPTU结合P2Y₁后可以稳定受体膜外部分的结构域，从而稳定R310和D204之间的盐键。而MRS2500则通过占据P2Y₁受体的口袋来行使它的拮抗剂功能。该工作还发现了P2Y₁受体在激活过程中存在着三种不同的状态（图四）：非激活态、中间过度态和完全激活态。