糖尿病(diabetes）和肥胖症(obesity)在当下已成为一种流行病，对人类的健康造成了严重的威胁。大麻素受体样G蛋白偶联受体（GPCR）GPR119属于A类GPCR, 在胰岛β细胞和肠道L细胞中高表达，在维持葡萄糖稳态和影响摄食行为中发挥关键作用。GPR119作为治疗靶点，为寻找具有更好药理特性的新型抗肥胖和抗糖尿病的药物提供可能。

      2022年11月17日，天津大学生命科学学院乔安娜、叶升团队联合湖北大学吴姗团队，在Nature Communications杂志发表题为“Activation and Signaling Mechanism Revealed by GPR119-G_sComplex Structures”的研究文章。

     首次解析了两种代表性激动剂AR231453（第一个人工合成的GPR119激动剂）和MBX-2982（处于II期临床研究）结合的人源GPR119 -G_s复合物的单颗粒冷冻电镜结构（图1），分辨率分别为2.87 Å 和 2.33 Å。研究者发现GPR119与其他classA家族GPCR不同结构骨架和结合口袋，结合细胞水平功能实验和分子动力学实验等方法，阐明了GPR119的配体识别和与下游G_s蛋白结合的分子机制，为药物的研发提供结构基础。

     以往的研究认为，激活态和非激活态的classAGPCR结构都有一个共同的结构骨架，由不同跨膜区（transmembrane domain，）中的36个氨基酸组成的24对相互作用组成。在我们解析的结构中发现，5对相互作用（3.44:5.54, 3.47:5.57, 3.51:5.57, 3.51:5.60 和 5.54:6.41，Ballesteros–Weinstein numbering used in superscript）不保守（图2）。与经典的classA受体β₂AR结构比对发现，TM5的螺旋上升了一个氨基酸，使得其形成新的5个TM间相互作用(3.44:5.55, 3.47:5.58, 3.51:5.58, 3.51:5.61 和 5.55:6.41)。所以，基于以往同源建模得到的GPR119模型进行的药物开发和筛选存在误差，研究团队解析的GPR119结构提高了药物开发的精准性。

图2  与传统classA家族成员相比，GPR119显示非典型的结构骨架

    AR231453/MBX-2982-GPR119-G_s的复合物结构揭示GPR119的结合口袋特征显著：第一，非常深，接近到达膜中间；第二，包含7个跨膜螺旋氨基酸；第三，高度疏水。作者将两个小分子配体的结合口袋分成三个部分（图3）：胞外腔（extracellular cavity）；共轭相叠阀（stacking gate）；激活腔（activation cavity）。胞外腔由胞外氨基酸组成，AR231453的2氟苯环和MBX的苯环与受体的F157^ECL2和W265^7.39堆积在一起构成了共轭相叠阀，激活腔包含toggleswitch开关的氨基酸W238^6.48。作者对不同的AR231453和MBX-2982变构体进行对接实验，结合功能实验完美地揭示了以往药理活性与结构（structure-activity relationship）的分子机制。

      为了进一步研究其内源性配体的识别和激活机制，作者对内源性脂类配体油酰乙胺醇（N-oleoylethanolamine，OEA）进行了分子对接和信号转导实验。OEA结构中包含长的疏水尾部和亲水头部，它与小分子配体AR231453及MBX-2982的结合方式类似。作者发现OEA的顺式双键与W238^6.48堆积在一起，在受体激活中发挥关键作用。

图3  GPR119的延展性结合口袋

      此外，结构显示GPR119的ICL1和G_β之间存在盐桥，盐桥破坏后使下游的cAMP积累量减少，表明G_β在GPR119中信号传导中具有重要意义，这在其他A类GPCR中从未观察到。结构以及细胞信号转导研究阐明了不同GPR119激动剂的保守结合模式，并深入了解了GPCR的激活和G蛋白偶联的分子机制。

      该文章的第一作者为天津大学生命科学学院硕士研究生钱玉霞、湖北大学博士研究生王洁宁和郑州大学杨琳琳教授。天津大学生命科学学院乔安娜副教授、叶升教授和湖北大学吴姗教授为本文的共同通讯作者。天津大学生命科学学院为本文第一单位。该研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、中国博士后科学基金等的资助。

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https://doi.org/10.1038/s41467-022-34696-6