研究人员揭示血栓形成过程中关键受体的三维结构

（神秘的地球）据EurekAlert!：4月30日，中国科学院上海药物研究所召开新闻发布会，介绍中科院上海药物研究所赵强研究员研究组在嘌呤能受体P2Y12R结构生物学领域取得重大突破性进展。P2Y12R与拮抗剂以及激动剂的三维结构将作为两篇独立文章于5月1日同期发表在Nature上，两篇文章均以赵强研究员为通讯作者，以上海药物研究所为第一单位。这是国内研究组极为罕见地在顶级杂志上背靠背同期发表科研论文。

血栓性疾病包括中风、冠心病、肺栓塞等各种疾病，是严重威胁人类的生命健康、致死致残的重要疾病之一。数据统计，血栓性疾病占人类疾病死亡率的51%以上。目前，我国血栓性疾病患者超过1千万，发病率远高于其他疾病，且有逐年递增的趋势。在血栓性疾病的发病过程中，嘌呤能受体P2Y12R是刺激血栓形成的重要因子，阻断P2Y12R受体能防止血液凝固，因此其阻断剂也是当代医学研究的重点和热点之一。当前，市场上靶向该受体的药物年销售额可达数十亿美元。但是，这些药物都存在一定的副作用或者不足，例如第二代药物对1/3病人无效，而第四代P2Y12R受体阻断剂可能导致病人呼吸困难等。

P2Y12R是一种位于血小板表面的G蛋白偶联受体（GPCR），其天然配体二磷酸腺苷（ADP） 是人们发现最早也是体内最重要的诱导血小板聚集的物质, 该受体在止血块和病理性动脉血栓形成中起到关键的作用。然而，受制于ADP在生物体内的广泛存在等各种客观因素，多年来研究人员对于这一受体的各项研究进展缓慢。而P2Y12R受体的三维结构以及受体配体识别方式等信息缺乏了解更进一步严重制约了新的抗血栓药物研发。

日前，中国科学院上海药物研究所领导下的科研团队通过广泛的国际合作，同时解析了P2Y12R蛋白质分子与激动剂以及拮抗剂的高分辨率三维结构，在该项研究中取得了突破性研究成果。该研究团队除来自上海药物研究所的科研工作者外，还包括来自美国国立卫生研究院（NIH）、美国Scripps研究所、上海科技大学iHuman研究所以及德国Bonn大学的科研人员。

在两篇Nature文章中，这一研究团队同时报道了P2Y12R与激动剂2MeSADP的2.5埃分辨率结构、与部分激动剂2MeSATP的3.1埃分辨率结构以及与一个阿斯利康公司研发的临床二期抗中风药物拮抗剂AZD1283的2.6埃分辨率结构等三个不同的复合物结构。通过比较不同结构中所获得的信息，研究人员对受体与加速或者减缓血栓形成的药物分子之间的作用细节有了深入的了解，并首次对于不同药物分子可能的作用机理做出解释。

“通过比较P2Y12R的不同结构，我们第一次观察到受体在胞外区结构具有极强的可塑性，这将不仅极大地帮助我们理解GPCR超家族的结构多样性以及信号传导机理，同时也对治疗各种血栓类疾病的药物改进以及研发有着巨大的价值，”该项研究的负责人——中国科学院上海药物研究所的赵强研究员说，“但是尤其令我感到高兴和骄傲的是，这一成果是通过中国、美国以及德国等来自不同国家的研究人员无间合作的结果。”

与近期解析的其他GPCR的三维结构相比，P2Y12R的三维结构展示了许多令人兴奋的特点。通过比较不同的P2Y12R的三维结构，研究人员发现这一受体上结合的激动剂与拮抗剂的走向完全不同，而且两类分子也仅仅共用一小部分结合位点，不像之前在其他受体结构中那样基本重合。更令人惊讶的是，激动剂的结合诱使受体的胞外区域结构发生巨大的变化，跨膜螺旋以及胞外环区在磷酸负电的吸引下形成更紧凑的三维结构，这一点是此前没有任何人能够预测到的。

“我们已经知道P2Y家族还有其他几种受体，因此P2Y12R的研究还可以应用于其他方面。例如，另外一种受体P2Y2R与肿瘤的转移有关，因此这项研究同样有可能应用于肿瘤治疗方面。”德国Bonn大学的Christa E. Müller教授对此展望道。

“我们在这项研究中的成果为更低毒副作用的药物研发铺平了道路，”文章的另外一位作者，美国国立卫生研究院糖尿病、消化系统病和肾病研究所生物有机化学方面首席科学家Kenneth A. Jacobson教授说：“这项研究有可能对病人的生活带来根本性的改变。”

相关资料

除了赵强研究员，Christa E. Müller教授和Kenneth A. Jacobson教授以外，该项研究的参与者还包括中国科学院上海药物所的张凯华、张进、张丹丹和来自吴蓓丽、赵强、蒋华良等研究组的多名研究人员，以及美国Scripps研究所的Gye Won Han、Gustavo Fenanlti、VadimCherezov，美国国立卫生研究院Jacobson教授的Zhan-Guo Gao、Silvia Paoletta和上海科技大学iHuman研究所的Raymone C. Stevens教授等人。

两项研究（Structure of the human P2Y12 receptor in complex with an antithrombotic drug 以及 Agonist-bound structure of the human P2Y12 receptor）获得了包括科技部“973计划”（2012CB518000、2012CB910400以及2014CB910400）、美国国立卫生研究院（R01 AI100604、U54 GM094618及其中美生物医药合作研究补充项目）以及国家自然科学基金委（31270766、31370729、91313000）的资助。

中国科学院上海药物研究所

上海药物研究所（SIMM）创建于1932年，前身为国立北平研究院药物研究所，是中国历史最悠久的综合性创新药物研究机构。研究所结合化学及生物学的理论研究与应用研究手段，开展现代新型创新药物研发工作；开展新型药物靶点的发现研究；并建立了完整的创新药物研究体系，以及开展全面的候选药物临床前评价工作；同时积极推动药物研究成果的产业化，是中国最重要的创新药物研究基地之一。如需了解更多信息，请参阅研究所网站：http://www.simm.cas.cn/。

美国Scripps研究所

Scripps研究所（TSRI）是目前世界上最大的私立非盈利性研究机构之一，主要致力于生物医学方面的研究。Scripps研究所因其在科研和人类健康领域做出的重要贡献而享誉全球，其科研成果为癌症、类风湿关节炎、血友病等多种疾病的治疗奠定了基础。Scripps研究所由慈善家 Ellen Browning Scripps 创办于1924年的Scripps代谢诊所发展而来，目前其在加利福尼亚州和佛罗里达州的两个园区已经拥有科研人员约3000人，其中包括三位诺贝尔奖得主及众多著名科学家。Scripps研究所招收生物学及化学专业博士生，各专业排名在美国教育机构中均位居前十。如需了解更多信息，请参阅研究所网站：http://www.scripps.edu.

美国国立卫生研究院（NIH）

美国国立卫生研究院（NIH）是美国国家医疗研究机构，包含27个研究所和研究中心。它隶属于美国医疗与公共服务部，是美国开展并支持各项基础、临床以及转化医学研究的最主要政府机构，主要关注于各种一般以及罕见疾病的成因、治疗和治愈。如需了解更多信息，请参阅研究所网站：http://www.nih.gov.

Friedrich-Wilhelms大学Bonn医药中心

德国Bonn大学建立于1818年，是德国高等教育的顶级研究机构之一。Bonn大学目前有超过30000名学生。作为Bonn大学的主要研究方向之一，Bonn医药中心成立于2007年，通过整合基础与转化医学等对创新药物研发以及药物治疗进行研究。如需了解更多信息，请参阅研究所网站：http://www.pharmazentrum.uni-bonn.de.

上海科技大学iHuman研究所

iHuman研究所成立于2012年。它位于上海科技大学园区，其主要研究方向为通过结构生物学、细胞生物学、化学、计算生物学以及从细胞到个体之间各种尺度的成像手段等方法了解人类细胞之间的信号传导。如需了解更多信息，请参阅研究所网站：http://www.shanghaitech.edu.cn/en/en_iHuman_Overview.asp.