2022年3月29日，中國(guó)科技大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、安徽省多肽藥物工程實(shí)驗(yàn)室田長(zhǎng)麟教授團(tuán)隊(duì)，與清華大學(xué)化學(xué)系、有機(jī)磷化學(xué)及化學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉磊教授團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際知名期刊《Cell Research》上發(fā)表了題為“Structuralinsightsinto thyrotropin releasing hormone receptor activationby an endogenouspeptideagonist orits orally administeredanalogue”的研究論文。

促甲狀腺激素釋放激素（Thyrotropin ReleasingHormone，TRH）是下丘腦分泌的一種三肽激素，刺激垂體前葉釋放促甲狀腺激素（Thyroid Stimulating Hormone , TSH）, TSH刺激甲狀腺分泌甲狀腺激素，甲狀腺激素顯著促進(jìn)嬰兒期生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)骨、骨骼肌、肝臟代謝合成，及增加成年人基礎(chǔ)代謝率。因此，稱(chēng)為下丘腦-垂體-甲狀腺HTP內(nèi)分泌軸。

TRH已經(jīng)被開(kāi)發(fā)成為注射三肽藥物（普羅瑞林）,在內(nèi)分泌科用于治療下丘腦性甲狀腺機(jī)能低下,中樞性甲狀腺功能亢進(jìn)；在精神科用于治療抑郁癥及精神分裂癥；在神經(jīng)科用于治療腦和脊髓損傷及昏迷、肌萎縮性側(cè)索硬化、脊髓小腦退化、老年性癡呆、癲癇等疾病。針對(duì)TRH在體內(nèi)快速代謝降解，作用時(shí)間較短，而且內(nèi)分泌負(fù)作用大等缺點(diǎn)，日本田邊三菱公司開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)批準(zhǔn)的口服促甲狀腺素釋放激素，他替瑞林（Taltirelin, TAL,是TRH的結(jié)構(gòu)修飾改造藥物）。TAL主要應(yīng)用于改善脊髓小腦變性病人的共濟(jì)失調(diào)、拮抗利舍平誘導(dǎo)的體溫降低、以及拮抗戊巴比妥誘導(dǎo)的睡眠等。TAL對(duì)CNS的興奮作用比TRH強(qiáng)10～100倍，在體內(nèi)比TRH穩(wěn)定而作用持續(xù)時(shí)間比TRH長(zhǎng)約8倍。TAL對(duì)TRH受體的親和力約為T(mén)RH的1/11，而TAL內(nèi)分泌作用弱于TRH。有關(guān)TRH和TAL對(duì)TRHR受體的差異化激活機(jī)制研究將對(duì)于靶向TRHR的多肽藥物改造和優(yōu)化，具有重要意義。

圖1.促甲狀腺激素釋放激素受體(TRHR)是下丘腦-垂體-甲狀腺HPT內(nèi)分泌軸中的重要神經(jīng)多肽受體。TRH激活TRHR后以Gq/11信號(hào)傳導(dǎo)通路啟動(dòng)細(xì)胞應(yīng)激效應(yīng)。

通過(guò)解析TRHR/Gq復(fù)合物在結(jié)合內(nèi)源三肽激動(dòng)劑TRH（普羅瑞林）或口服肽類(lèi)激動(dòng)劑TAL（他替瑞林）的三維結(jié)構(gòu)，并結(jié)合功能分析，該研究揭示了TRH(pyroGlu-His-Pro-NH₂)與TRHR的相互作用，以及TAL(1-methyl-(S)-4,5-dihydroorotyl)–His–Pro-NH₂)與TRHR的相互作用。和其他A類(lèi)GPCR類(lèi)似，激動(dòng)劑結(jié)合TRHR之后，促進(jìn)了TRHR與G蛋白復(fù)合物的相互作用，并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)下游信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)。

圖2：TRHR/miniGq復(fù)合物結(jié)合激動(dòng)劑TRH（普羅瑞林）或TAL（他替瑞林）電鏡結(jié)構(gòu)

TAL具有比TRH較低的TRHR親和力，但作用效能強(qiáng)于TRH

與TRH中親水的第一個(gè)殘基pyro-Glu相比，TAL的第一個(gè)殘基換成了具有高度疏水特性的含氮雜環(huán)，是TAL具有較強(qiáng)疏水特性并具有口服特性的主要原因。

TRH或TAL分別通過(guò)多個(gè)氫鍵相互作用與TRHR的配體結(jié)合口袋周?chē)陌被嵝纬商禺愋韵嗷プ饔谩＝Y(jié)構(gòu)比對(duì)表明，TAL的六元雜環(huán)與N289^6.58的作用距離要比TRH的pyroGlu要遠(yuǎn)，同時(shí)TAL與TRH的第二個(gè)殘基L-His在TRHR配體結(jié)合口袋中的取向差異，導(dǎo)致了TAL與TRHR的相互作用要弱于TRH與TRHR的相互作用，表現(xiàn)為T(mén)RH更契合與TRHR相互結(jié)合，這也許是TAL比TRH表現(xiàn)為較弱的TRHR親和力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。同時(shí)，在TRH或TAL結(jié)合TRHR之后，在Toggle switch與NPxxY區(qū)域的多個(gè)氨基酸側(cè)鏈（W279, Y282, Y310）發(fā)生了不同程度的偏轉(zhuǎn)，使得TRHR-Gq/TAL表現(xiàn)為比TRHR-Gq/TRH更為往外側(cè)移動(dòng)的TM5，TM6，將導(dǎo)致在TAL作用下，TRHR與Gq的結(jié)合更為緊密，這也許是TAL比TRH表現(xiàn)更強(qiáng)激活TRHR信號(hào)傳導(dǎo)能力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖3：TRH和TAL與TRHR相互作用的細(xì)節(jié)差異，及TRH或TAL結(jié)合TRHR之后引起跨膜區(qū)構(gòu)象變化差異，可能是導(dǎo)致胞內(nèi)Gq蛋白結(jié)合差異的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

本研究論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后楊帆，碩士研究生張歡歡，博士研究生孟憲禹。中國(guó)科技大學(xué)田長(zhǎng)麟教授和石攀副教授，清華大學(xué)劉磊教授為共同通訊作者。該研究工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)B、中科院依托國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的建制化研究等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-022-00646-6