《細(xì)胞》發(fā)表新成果：破解大麻素受體謎團(tuán)

上海科技大學(xué)iHuman研究所與中國科學(xué)院生物物理研究所聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于人源大麻素受體（human Cannabinoid Receptor 1， CB1，以下簡(jiǎn)稱CB1）新的研究成果。
CB1主要位于腦、脊髓與外周神經(jīng)系統(tǒng)中，又稱中樞型大麻素受體。一直以來，CB1結(jié)構(gòu)成謎，但它卻是治療疼痛、炎癥、肥胖癥以及藥物濫用的潛在藥物靶點(diǎn)，不少相關(guān)藥物的研究都繞不過它，甚至還有不少研發(fā)的藥物因?yàn)槿狈B1的結(jié)構(gòu)信息，導(dǎo)致藥物的專一性差而對(duì)人體產(chǎn)生副作用。
“神秘”的CB1

CB1是人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)量高的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）之一。有研究結(jié)果顯示，大麻的主要有效成分——四氫大麻酚（THC）主要作用于CB1受體。
大麻素不僅存在于能令人上癮的大麻中（植物性大麻素，THC），也自然地存在于動(dòng)物神經(jīng)和免疫系統(tǒng)里（內(nèi)源性大麻素，N-花生四烯酸氨基乙醇和2-花生四烯酸甘油）。從中世紀(jì)開始，就有醫(yī)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到大麻具有治療效果。事實(shí)上，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也證明了大麻素對(duì)于治療多發(fā)性硬化癥和某些類型的疼痛有一定的效果。尚在研究階段的數(shù)據(jù)顯示，大麻素對(duì)某些癌癥和腦外傷造成的損害可能有一定的療效。而且，CB1特異性小分子拮抗劑在治療肥胖及相關(guān)并發(fā)癥、精神性疾病、肝纖維化和尼古丁成癮等方面顯示了不俗的效果。
2006年，用于治療肥胖癥的CB1特異性拮抗劑利莫那班獲得歐洲醫(yī)學(xué)委員會(huì)（EMA）的上市批準(zhǔn)。很快，美國FDA卻發(fā)現(xiàn)該藥物可能引發(fā)焦慮、抑郁、自殺傾向等精神方面的副作用，從而禁止。同時(shí)，歐洲也很快發(fā)現(xiàn)這種藥確實(shí)會(huì)引起抑郁、焦慮甚至自殺傾向，終只能將其撤下。
但是，由于缺乏對(duì)減肥藥利莫那班（Rimonabant， Sanofi-Aventis）與CB1相互作用分子層面的了解，至今人們對(duì)減輕CB1藥物副作用的努力收效甚微?！安畈欢?年前，人們還曾經(jīng)認(rèn)為CB1結(jié)構(gòu)無法破解?！敝袊茖W(xué)院上海藥物研究所研究員李揚(yáng)在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)提及。
“這是因?yàn)镃B1蛋白的表達(dá)量比較低，穩(wěn)定性差，很難獲得足夠穩(wěn)定的蛋白樣品進(jìn)行晶體學(xué)研究?！鄙虾？萍即髮W(xué)iHuman研究所副所長(zhǎng)、教授、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉志杰在介紹CB1研究瓶頸時(shí)表示。
揭示CB1三維精細(xì)結(jié)構(gòu)

面對(duì)重重困難，劉志杰課題組的研究人員嘗試了大量不同的表達(dá)載體改造策略，與國際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)以及藥企合作，對(duì)不同類型的配體小分子進(jìn)行篩選和針對(duì)結(jié)晶學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性更好、解離速率更慢的小分子。“我們對(duì)不同的表達(dá)系統(tǒng)及不同的細(xì)胞系都進(jìn)行了嘗試，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)晶體的生長(zhǎng)和衍射質(zhì)量影響很大，這一點(diǎn)在之前的GPCR結(jié)構(gòu)研究中，沒有引起足夠的重視。”該論文的作者華甜對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》記者解釋道。
這項(xiàng)研究成功解析了CB1與小分子拮抗劑AM6538復(fù)合物的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到2.8埃（10-10米）。特別重要的是，該晶體結(jié)構(gòu)揭示了CB1結(jié)合AM6538的復(fù)雜疏水結(jié)合口袋（binding pocket）。后者是CB1受體中由疏水氨基酸殘基所形成的一種配體結(jié)合口袋。其形狀與配體的互補(bǔ)性越大，則受體與配體的親和力也就越大。
此次，劉志杰課題組“解析”了CB1與拮抗劑AM6538復(fù)合物的高分辨率精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示了拮抗劑小分子是如何與受體相互作用的。“它的結(jié)合口袋以及相互作用的關(guān)鍵氨基酸，對(duì)今后設(shè)計(jì)高特異性的抑制劑類藥物提供了非常重要的結(jié)構(gòu)及理論基礎(chǔ)，也為分析不同類型的分子配體與受體的作用模式提供了更精確的三維結(jié)構(gòu)模型。”劉志杰介紹道。
更重要的是，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)之前發(fā)表的關(guān)于CB1的三維預(yù)測(cè)模型大部分都不是很準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來的藥物小分子的特異性不高，會(huì)同時(shí)作用于與CB1同源性較高的其他受體而產(chǎn)生副作用。
“作為治療抑郁癥和戒毒的潛在靶點(diǎn)，CB1對(duì)于抗焦慮的療效也具有潛力。它主要分布于中間神經(jīng)元，從而發(fā)揮行為抑制的優(yōu)勢(shì)。”李揚(yáng)解釋說，“比如抑郁癥的發(fā)生，一方面是情緒中樞功能亢進(jìn)，另一方面就是認(rèn)知功能低下和行為抑制功能失控。CB1主要作用負(fù)面情緒調(diào)節(jié)，增強(qiáng)判斷力?！?
相關(guān)藥物研究將有所突破

“因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不明，所以一直以來在抗抑郁癥等領(lǐng)域?qū)τ贑B1的關(guān)注不夠。當(dāng)然，抑郁癥的發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜，治療途徑也包括多種通路。目前來說，國際上處于臨床一期、二期、三期在研的抗抑郁藥有幾十種，針對(duì)人體內(nèi)二十多種靶點(diǎn)，其中CB1則屬于潛在靶點(diǎn)之一。”李揚(yáng)表示，“劉志杰教授的貢獻(xiàn)會(huì)讓更多的人將注意力轉(zhuǎn)移到CB1。”
劉志杰表示，這項(xiàng)研究在對(duì)藥物依賴治療的研究中就將起到一定作用?！耙郧暗难芯繄?bào)道，內(nèi)源性大麻系統(tǒng)在尼古丁成癮神經(jīng)機(jī)制中具有重要的作用，CB1的拮抗劑可以減少對(duì)尼古丁的渴求行為。我們的晶體結(jié)構(gòu)揭示了拮抗劑小分子與CB1的復(fù)雜疏水結(jié)合口袋，AM6538非共價(jià)的緊密結(jié)合模式使其具備了成為長(zhǎng)效緩釋藥物分子的巨大潛力，這一特性也是治療成癮障礙藥物的基本要求?！?
“我們需要理解大麻在人體內(nèi)的作用機(jī)制。大麻有很大的治療潛力，但也非常危險(xiǎn)?！眲⒅窘苤赋?，“進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)研究，理解大麻素受體的作用機(jī)制，我們就能用這些信息為人類造福?！?/p>