推薦一篇發(fā)表在Nature上的文章“Allosteric modulation and biased signalling at free fatty acid receptor 2”，通訊作者是來自美國匹茲堡大學的Cheng Zhang，英國格拉斯哥大學的Graeme Milligan和英國貝爾法斯特女王大學的Irina Tikhonova。其中第一通訊作者Cheng Zhang教授的研究方向是利用結構生物學方法探索 GPCR 信號轉導的分子機制。
游離脂肪酸受體FFA2（free fatty acid receptor 2）廣泛表達于腸道上皮細胞和免疫細胞中，能夠響應短鏈脂肪酸信號，在肥胖、糖尿病和炎癥性腸病等多種代謝疾病中發(fā)揮關鍵作用，因此近年來FFA2已成為免疫代謝類疾病藥物開發(fā)的重要靶點。其中備受關注的思路之一是合成正變構激動劑（positive allosteric modulator，PAMs），但目前已報道的PAM藥物與FFA2結合的具體位點以及這些結合如何影響G蛋白信號通路等關鍵問題仍未被系統(tǒng)闡明。因此本文中作者針對目前已開發(fā)的FFA2多種PAMs小分子進行了評估。
作者首先應用GPCR藥理學檢測方法，分別分析了PAMs的信號激活譜系和偏倚信號特征，即FFA2與小分子結合后與下游的哪些蛋白互作：（1）激活Gi/o；（2）激活Gq/11；（3）招募β-arrestin。結果顯示，這些PAMs有著不同的下游激活響應效果：compound 187為強效G蛋白偏向性激動劑，能激活Gi，但幾乎不招募β-arrestin；AZ-1729表現出顯著的Gi選擇性，同時抑制Gq信號；4-CMTB則具有一定的Gi偏好性但激活譜系較廣。作者還用cAMP還原試驗檢測了PAMs和已知的正構激動劑TUG-1375 之間是否存在協(xié)同作用，結果顯示這些PAMs不僅可增強TUG-1375的效果，還表現出相互之間的協(xié)同效應，這一結果說明它們可能結合在多個互補的FFA2變構口袋中。
隨后，作者利用冷凍電鏡技術成功解析出了三種PAMs分別與FFA2-G蛋白復合物的三維結構，結果與預期一致，這些PAMs分別結合在兩個空間上分離的變構口袋中，其中4-CMTB 在位點1結合，AZ-1729 和compound 187 在位點2結合，兩個結合位點均位于GPCR的七重跨膜束和膜雙層之間的界面，且4-CMTB 的結合位點1處于平坦且淺表的位置，這在GPCR的變構位點中并不多見。為了進一步理解這些PAMs所介導的偏向性信號傳導機制，作者結合分子動力學模擬（MD）等方法，深入解析了位點2口袋與下游G蛋白的選擇性互作，結果發(fā)現AZ-1729 和compound 187誘導了不同 ICL2構象，賦予了不同的G蛋白亞型選擇性。而4-CMTB的變構效果和G蛋白選擇性則與ICL2結構變化無關。
總的來說，本文鑒定了多種小分子與FFA2復合物結合的精確結構，并深入解析了小分子調控FFA2結構變化和信號傳導的機制，為開發(fā)針對該家族GPCR的藥物提供了有力信息。
本文作者：FTY
責任編輯：WYQ
DOI：10.1038/s41586-025-09186-6
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09186-6
