2024年7月5日，中科中山藥物創(chuàng)新研究院段佳課題組、李翼課題組聯(lián)合中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)課題組、生命過程小分子調(diào)控全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊德華課題組共同在Cell Research?上發(fā)表了題為“Bitter taste receptor TAS2R14 activation and G protein assembly by an intracellular agonist”的最新研究成果。該研究報(bào)道了非甾體抗炎藥物氟芬那酸改造化合物Compound 28.1（Cpd 28.1）結(jié)合苦味受體TAS2R14分別偶聯(lián)Ggust和Gi復(fù)合物結(jié)構(gòu)，分辨率高達(dá)2.89埃和2.7埃，揭示了苦味受體獨(dú)特的雙口袋配體識(shí)別和G蛋白偶聯(lián)機(jī)制。
味覺同視覺、觸覺以及嗅覺等感知功能一樣，對于人類的生活有著極其重要的作用。已有研究表明，人類主要有5種基本味覺，分別是酸、甜、苦、鮮和咸味，其中苦味、甜味和鮮味均由GPCR介導(dǎo)，酸味和咸味目前主要認(rèn)為由離子通道介導(dǎo)1。研究表明，人體中苦味受體總共有25個(gè)成員2，主要在味蕾中的味覺受體細(xì)胞中表達(dá)，用于感知口腔食物中的苦味物質(zhì)和有毒物質(zhì)，幫助人類識(shí)別食物的味道同時(shí)避免有毒物質(zhì)的攝入1,3。然而，近年來有研究指出苦味受體不僅在口腔組織中表達(dá)，在腦、腸道、生殖系統(tǒng)、胰腺等口腔外周組織中同樣具有非常高的表達(dá)豐度4。大量研究結(jié)果顯示，苦味受體與上呼吸道感染引起的適應(yīng)性免疫、牙周炎、支氣管收縮、肥胖、腫瘤以及人體與微生物互作等生理、病理過程密切相關(guān)，提示苦味受體是極其重要的潛在藥物靶點(diǎn)5-10。因此，系統(tǒng)闡明苦味受體的配體識(shí)別、受體激活以及G蛋白偶聯(lián)機(jī)制對于更好理解人體苦味感知以及基于苦味受體的理性藥物設(shè)計(jì)具有重大意義。
本項(xiàng)研究指出，Cpd 28.1激活TAS2R14不僅能夠招募味覺受體特異的G蛋白Ggust，而且還具有顯著的Gi2招募活性（Fig. 1）。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道相契合11，提示苦味受體TAS2R14可能在口腔外周組織通過偶聯(lián)Gi發(fā)揮G蛋白信號(hào)依賴的生理功能。?
Fig. 1 G protein recruitment activity of TAS2R14
其次，該研究意外發(fā)現(xiàn)TAS2R14存在1個(gè)獨(dú)特的胞內(nèi)口袋容納配體Cpd28.1，與最近報(bào)道的研究相近12-14，不同的是，本研究首次證實(shí)TAS2R14的正構(gòu)口袋中存在的是膽固醇分子與Cpd 28.1的混合物（Fig. 2a）?；谡龢?gòu)口袋中的配體密度，研究人員認(rèn)為在TAS2R14-Ggust復(fù)合物中，正構(gòu)口袋更傾向結(jié)合配體Cpd 28.1，即胞內(nèi)、胞外雙口袋配體識(shí)別模式14，而在TAS2R14-Gi復(fù)合物中，正構(gòu)口袋更傾向于結(jié)合膽固醇分子，這種獨(dú)特的配體識(shí)別模式可能與其配體多樣性有關(guān)，也可能由下游不同的G蛋白引起（Fig. 2b）。此外，該研究還強(qiáng)調(diào)了受體的正構(gòu)口袋和胞內(nèi)口袋之間的芳香氨基酸殘基簇形成的疏水網(wǎng)絡(luò)與受體激活密切相關(guān)；最后，該研究指出，Ggust和Gi與受體的偶聯(lián)模式相似，均是通過α5插入受體TM5/6外移形成的疏水口袋并與TM3, TM5, TM6, ICL2, 和 ICL3形成疏水和極性相互作用穩(wěn)定了受體-G蛋白復(fù)合物，這可能歸結(jié)于Ggust和Gi的α5序列具有較高保守性。
綜上所述，本研究較為系統(tǒng)地闡明了苦味受體TAS2R14的配體識(shí)別，受體激活以及G蛋白偶聯(lián)機(jī)制。值得一提的是，本研究中的配體Cpd 28.1與此前報(bào)道的PCO371和SBI553有所不同。一方面，三者均能結(jié)合在胞內(nèi)口袋，但Cpd28.1是一個(gè)完全激動(dòng)劑，而PCO371和SBI553則分別是G蛋白偏向性激動(dòng)劑和Arrestin偏向性激動(dòng)劑15,16；另一方面，Cpd 28.1能同時(shí)結(jié)合在正構(gòu)口袋和胞內(nèi)口袋，是一種獨(dú)特的胞內(nèi)、胞外雙口袋識(shí)別模式，為基于結(jié)構(gòu)的偏向性藥物和多口袋靶向藥物設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
中科中山藥物創(chuàng)新研究院科研助理陶樂樂、博士后王冬雪，上海市高峰電鏡中心執(zhí)行主任袁青寧，上海藥物所副研究員趙豐輝為本論文的共同第一作者。段佳研究員、楊德華研究員、李翼研究員及徐華強(qiáng)研究員為共同通訊作者。上海市高峰電鏡中心負(fù)責(zé)了該項(xiàng)研究冷凍電鏡數(shù)據(jù)的收集，上海市高峰電鏡中心吳凱、胡雯對樣品制備和數(shù)據(jù)收集提供了大量幫助。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、青年人才托舉項(xiàng)目、上海揚(yáng)帆計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
Fig. 2 Overall structures of the Ggust- and Gi-coupled TAS2R14
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