2020年11月26日，由中國科學院上海藥物研究所王明偉/楊德華團隊和徐華強團隊攜手浙江大學基礎醫學院張巖團隊於Cell Research在線發表了題為「A unique hormonal recognition feature of the human glucagon-like peptide-2 receptor」的研究成果。該論文首次報導了人源胰高血糖素樣肽-2受體（Glucagon-like peptide-2 receptor, GLP-2R）與其內源性配體和Gs蛋白複合物的冷凍電鏡結構，揭示了該受體獨特的配體識別和亞型選擇性機制，闡明了不同B類G蛋白偶聯受體家族成員第一胞外環（Extracellular loop 1, ECL1）迥異的構象及其功能，為拓展受體藥理學內涵和相關藥物發現提供了重要的結構基礎。
胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和胰高血糖素樣肽-2都源自胰高血糖素原基因，但生理功能各不相同。GLP-1通過激活GLP-1R增加餐後胰島素的分泌，起到維持血糖穩態的作用，其類似物廣泛用於2型糖尿病和肥胖症的治療。GLP-2選擇性地結合位於腸道和大腦的GLP-2R，具有促進腸道細胞生長、保持腸黏膜完整性、提升腸道血流量和加快營養物質吸收等功能1,2。GLP-2的類似物如替度魯肽（Teduglutide）目前用來治療小腸短小綜合症（Short bowel syndrome, SBS）和克羅恩氏病（Crohn's disease）3。參加這項研究的科研人員經過前期載體篩選和應用NanoBiT系連技術4獲得了顆粒均一且性狀穩定的高質量蛋白複合物。藉助上海藥物研究所300 Kv冷凍電鏡拍攝到的清晰圖像和後繼單顆粒三維重構獲得了解析度為3.0 的GLP-2–GLP-2R–Gs三元複合物的立體結構（圖1）。突變受體的胺基酸殘基和改造多肽嵌合體等實驗研究發現了GLP-2R獨特的配體識別和受體激活機制，為深化對B類G蛋白偶聯受體結構與功能的認識提供了新的視角。
圖1. 胰高血糖素樣肽-2激活的胰高血糖素樣肽-2受體與Gs蛋白的冷凍電鏡結構。左，GLP-2–GLP-2R–Gs複合物結構；右，GLP-2R與GLP-1R分別結合其內源性多肽配體的構象比較。
儘管GLP-1和GLP-2都以α-螺旋方式插入到受體跨膜域的配體結合口袋，但其作用形式不盡相同。與結合GLP-1的GLP-1R複合物結構相比，GLP-2R通過微調其跨膜域胞外側的第1、5和7跨膜螺旋（Transmembrane helices, TMs）和ECL1的構象實現對GLP-2的選擇性識別（圖1）。具體而言，GLP-2氨基端的第一個殘基組氨酸朝向TM3，而GLP-1同位置的殘基則由於ECL2上的R299垂下指向結合口袋而朝向TM5。得益於GLP-2R延伸的TM1，GLP-2的中間部分與TM1和TM7形成較GLP-1更為廣泛和豐富的相互作用。由於GLP-2R具有B類受體最為凸出的ECL1，GLP-2的羧基端緊緊依附於ECL1，使兩者的接觸面積（791 2）成為所有B類受體家族成員之最（圖2）。功能研究表明，GLP-2的三個區域（氨基端、羧基端和中間部分）對受體選擇性都有貢獻，特別是中間部分：將其（第7到19個殘基）替換為GLP-1的對應部分可完全激活GLP-1R並保留較強的GLP-2R激動活性。
圖2. B類G蛋白偶聯受體家族成員第一胞外環（ECL1）的高度和與激動劑接觸面積的比較。
中國科學院上海藥物研究所/復旦大學王明偉講座教授、浙江大學張巖研究員和中國科學院上海藥物研究所徐華強研究員為該論文的共同通訊作者；中國科學院上海藥物研究所碩士研究生孫雯、浙江大學基礎醫學院博士研究生陳禮楠、復旦大學基礎醫學院青年研究員周慶同、中國科學院上海藥物研究所副研究員趙麗華和中國科學院上海藥物研究所研究員楊德華為共同第一作者；合作者包括丹麥哥本哈根大學Mette M Rosenkilde教授、中國科學院上海藥物研究所蔣軼研究員和上海科技大學iHuman研究所趙素文研究員等。該項研究工作的第一完成單位是中國科學院上海藥物研究所，先後獲得了國家自然科學基金委員會、國家科學技術部、上海市科學技術委員會、中國科學院先導專項和復旦大學 中國科學院上海藥物研究所融合創新基金等的經費資助。
原文連結：https://doi.org/10.1038/s41422-020-00442-0
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