甲酰肽受體（Formyl peptide receptor, FPR）屬于G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor, GPCR）超家族，這類受體在免疫反應初期識別來自病原體或受損組織的危險信號（如：細菌或線粒體釋放的甲酰肽等），使中性粒細胞發(fā)生遷移和浸潤。人體內(nèi)包含三種FPR（FPR1-3）。其中，F(xiàn)PR1和FPR2與炎癥、多發(fā)性硬化癥及神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease, AD）的主要病理特征之一是位于大腦皮層和海馬區(qū)神經(jīng)元外的老年斑（senile plaques, SP），老年斑主要由b淀粉樣蛋-42（Aβ42）構(gòu)成，以往研究發(fā)現(xiàn)Aβ42可通過與 FPR2結(jié)合介導其細胞毒性。此外，F(xiàn)PR2還可作為神經(jīng)保護肽humanin的受體，這種神經(jīng)保護肽可避免神經(jīng)細胞遭受Aβ42的損傷。這些研究表明，F(xiàn)PR2在AD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但相關(guān)分子機制一直不清楚。
近日，中國科學院上海藥物研究所吳蓓麗研究組和趙強研究組在FPR結(jié)構(gòu)研究中取得突破性進展，成功解析FPR2分別與Aβ42和甲?；痟umanin結(jié)合的兩個復合物電鏡結(jié)構(gòu)，并利用功能實驗對配體結(jié)合模式和受體功能調(diào)控機制進行研究，首次在原子水平闡明FPR2介導Aβ42神經(jīng)損傷和humanin神經(jīng)保護的分子機理。此外，研究團隊還測定了FPR1和FPR2分別與不同甲酰肽結(jié)合的復合物電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了這兩種FPR的配體選擇性機制。這些研究為深入理解FPR在AD和其它炎癥疾病中發(fā)揮的重要作用提供了重要依據(jù)，將有助于相關(guān)疾病的藥物開發(fā)。研究論文于北京時間2022年4月1日以“Structural basis of FPR2 in recognition of Aβ42 and neuroprotection by humanin”為題發(fā)表于國際知名學術(shù)期刊Nature Communications。
FPR2與Aβ42的復合物結(jié)構(gòu)顯示，Aβ42的N端區(qū)域在與FPR2的結(jié)合中發(fā)揮主要作用，其頭部伸入到FPR2跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)合口袋中，與跨膜螺旋形成極性作用；尾部通過疏水作用與受體的胞外側(cè)區(qū)域結(jié)合。Aβ42的C末端則主要通過穩(wěn)定N端區(qū)域的構(gòu)象，協(xié)助其與受體結(jié)合。進一步的功能研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PR2與Aβ42作用界面上的關(guān)鍵氨基酸突變后，受體被Aβ42激活的能力顯著下降，這說明FPR2與Aβ42的正確識別對于受體功能至關(guān)重要。Aβ42在體內(nèi)以多種構(gòu)象狀態(tài)存在，上述研究結(jié)果表明，只有當Aβ42具有某一種特定構(gòu)象時才能激活FPR2，從而引發(fā)炎癥反應和神經(jīng)毒性，這為闡明FPR2在AD病程中發(fā)揮病理功能的分子機制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
神經(jīng)保護肽humanin可保護神經(jīng)細胞免受Aβ42誘導的神經(jīng)凋亡。此次，研究人員發(fā)現(xiàn)，humanin與Aβ42在FPR2中的結(jié)合位點大部分重合，但humanin與受體形成的作用力更強，這使其可通過占據(jù)結(jié)合位點有效地阻斷Aβ42與受體的結(jié)合，從而抑制炎癥反應和細胞內(nèi)Aβ42的纖維化聚集。這為闡釋humanin發(fā)揮神經(jīng)保護作用的分子機制提供了重要依據(jù)。
FPR1與FPR2通過與細菌或線粒體來源的甲酰肽結(jié)合，在宿主防御和炎癥反應中發(fā)揮重要作用，但這兩種FPR對甲酰肽的識別具有極強的特異性。FPR1選擇性地識別分子量較小的短鏈甲酰肽，而FPR2傾向于結(jié)合分子量較大的長鏈甲酰肽。比較FPR1和FPR2與不同甲酰肽的復合物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)兩種受體的配體結(jié)合口袋內(nèi)的電荷差異以及受體胞外區(qū)域的開放程度決定了配體的選擇性。與FPR1相比，F(xiàn)PR2胞外區(qū)域的開口更大，為其結(jié)合分子量較大的多肽及蛋白質(zhì)配體提供了充足的空間，使FPR2成為迄今為止發(fā)現(xiàn)的配體最為多樣化的GPCR。
這項研究系統(tǒng)地揭示了甲酰肽受體對多種不同類型配體的特異性識別機制，闡明了FPR在炎癥和神經(jīng)退行性疾病中的調(diào)控機制，將助力新型疾病治療策略的開發(fā)。
研究論文的第一作者包括上海藥物所助理研究員朱亞、碩士研究生宗鑫、副研究員韓碩和中國科學院大學杭州高等研究院博士研究生林曉文。研究工作獲得國家自然科學基金委員會、國家科技部、中國科學院和上海市科學技術(shù)委員會等部門的經(jīng)費支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29361-x
圖片：甲酰肽受體FPR2結(jié)構(gòu)示意圖。FPR2與炎癥、多發(fā)性硬化癥及神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。圖下方用灰色飄帶表示的分別為FPR2與甲?；痟umanin的復合物結(jié)構(gòu)（左）和FPR2與Aβ42的復合物結(jié)構(gòu)（右），Aβ42與humanin分別用橙色和綠色的表面圖表示。（圖片由吳蓓麗研究組提供）
標簽： 阿爾茨海默癥
