半胱氨酰白三烯受體2（CysLT2R）是炎癥、哮喘、心血管疾病和某些癌癥的關(guān)鍵藥物靶點，但其內(nèi)源性配體如何識別并激活受體一直是個未解之謎，嚴重制約了靶向藥物的研發(fā)。

2025年12月16日，廣州醫(yī)科大學(xué)劉恒教授團隊與中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院王崇元研究員團隊在Nature Communications上在線發(fā)表題為Molecular insights into ago-allosteric modulation at Cysteinyl leukotriene receptor 2的研究論文。該研究解析了人源CysLT2R分別與其內(nèi)源性配體LTC4和LTD4結(jié)合并偶聯(lián)下游Gq蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)CysLTs并非結(jié)合于傳統(tǒng)認知的胞外正構(gòu)口袋，而是結(jié)合于一個位于跨膜區(qū)膜內(nèi)側(cè)的別構(gòu)口袋，并揭示了其作為“別構(gòu)-正向協(xié)同激動劑（ago-PAM）”的非經(jīng)典激活機制。這一突破性發(fā)現(xiàn)為針對CysLT2R的藥物研發(fā)提供了全新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和靶點思路。

CysLT2R屬于G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）家族，其內(nèi)源性配體為半胱氨酰白三烯（CysLTs，包括LTC4、LTD4和LTE4），在嚴重哮喘、動脈粥樣硬化、神經(jīng)退行性疾病等多種疾病中發(fā)揮重要作用。盡管CysLT1R拮抗劑（如孟魯司特）已用于哮喘治療，但CysLT2R選擇性藥物的開發(fā)卻長期停滯，主要原因在于缺乏其與激動劑結(jié)合的高分辨率結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致配體識別與激活機制不明。以往基于拮抗劑結(jié)構(gòu)的研究推測CysLTs結(jié)合于胞外正構(gòu)口袋，但該假設(shè)一直缺乏直接結(jié)構(gòu)證據(jù)。

研究團隊通過單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，成功解析了CysLT2R-Gq分別與LTC4和LTD4結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.3 ?和3.5 ?。令人意外的是，在結(jié)構(gòu)中未在胞外正構(gòu)口袋觀察到CysLTs的密度，而是在跨膜束靠近胞質(zhì)側(cè)的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個由TM3、TM4、TM5和ICL2圍成的別構(gòu)口袋，LTC4和LTD4均結(jié)合于此（圖1）。這與之前所有基于拮抗劑結(jié)構(gòu)的預(yù)測截然不同。從根本上修正了對CysLTs結(jié)合模式的認知。

圖1. CysLT2R信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物的整體結(jié)構(gòu)與配體結(jié)合口袋

進一步的NanoBiT信號實驗表明，CysLTs不僅能直接激活CysLT2R，還可顯著增強另一于近期鑒定的內(nèi)源性激動劑神經(jīng)酰胺（結(jié)合于正構(gòu)位點，Zhang et al., 2025）的結(jié)合。這表明CysLTs實際上扮演著“別構(gòu)-正向協(xié)同激動劑（ago-PAM）”的角色，意味著CysLT2R可被兩種配體通過正構(gòu)與別構(gòu)位點協(xié)同激活（圖2a），這一發(fā)現(xiàn)很好地解釋了為何僅靶向正構(gòu)口袋的拮抗劑在臨床上難以實現(xiàn)完全抑制。為理解受體在病理狀態(tài)下的復(fù)雜調(diào)控提供了關(guān)鍵線索。

圖2. CysLT2R的別構(gòu)激活機制

為了闡明其激活機制，研究團隊系統(tǒng)對比了CysLT2R的失活態(tài)（拮抗劑結(jié)合）、中間態(tài)和完全激活態(tài)結(jié)構(gòu)，分析發(fā)現(xiàn)CysLTs的結(jié)合直接引起胞內(nèi)第二環(huán)（ICL2）的構(gòu)象上升，并觸發(fā)TM5向TM6靠攏，進而推動TM6外移，最終完成Gq蛋白的招募與激活。這一激活信號直接從胞內(nèi)側(cè)發(fā)起，無需經(jīng)過傳統(tǒng)GPCR所依賴的胞外結(jié)構(gòu)域構(gòu)象傳播，展示了一種非經(jīng)典的激活路徑，為GPCR的別構(gòu)激活機制提供了全新范例（圖2b）。

綜上所述，該研究系統(tǒng)闡明了CysLT2R被其內(nèi)源性配體激活的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與分子機制，不僅解決了該領(lǐng)域長期存在的關(guān)鍵科學(xué)問題，也為未來藥物研發(fā)帶來重要啟示。首先，研究揭示的“ICL2別構(gòu)口袋”是一個以往未被重視的藥物設(shè)計位點，開發(fā)針對該口袋的負向別構(gòu)調(diào)節(jié)劑，有望實現(xiàn)對CysLT2R信號更精準、更強效的抑制，并可能避免傳統(tǒng)正構(gòu)拮抗劑的脫靶效應(yīng)。其次，由于正構(gòu)口袋與別構(gòu)口袋空間相鄰，設(shè)計能夠同時占據(jù)兩個口袋的“雙位點配體”成為可能，這類分子有望獲得更高的受體亞型選擇性和更強的藥理活性。此外，該研究提示CysLT2R在病理狀態(tài)下可能受到CysLTs與神經(jīng)酰胺等多配體的協(xié)同調(diào)控，未來可在臨床試驗中對患者進行生物標志物分層，推動更個性化的治療策略。

廣州醫(yī)科大學(xué)博士后李牧、廣州醫(yī)科大學(xué)科研實驗中心鮑小玲博士、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院博士后陳萬標、廣州醫(yī)科大學(xué)生科院博士研究生郭宇升、碩士研究生毛小敏、博士研究生肖淼芳為本文的共同第一作者。廣州醫(yī)科大學(xué)劉恒教授、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院王崇元研究員為本文的共同通訊作者。廣州醫(yī)科大學(xué)生科院碩士研究生劉思琪、博士研究生常添彩和博士后鐘福梅，深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院趙力敏教授、李佳娓博士也為該項研究做出了重要的貢獻。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67630-7

制版人： 十一

參考文獻

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08792-8

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