新年伊始，生命科學領域捷報頻傳。坐落於張江科技園核心區的上海科技大學也迎來了「開門紅」——該校iHuman研究所領銜的科研團隊首次成功解析了人源大麻素受體CB2與新型拮抗劑複合物的三維精細結構，揭示了配體對受體的精細調控方式，為免疫調節類疾病、炎性神經痛、腫瘤等疾病的藥物研發提供了極為重要的結構理論基礎。
為了這項研究，iHuman研究所博士研究生李瀟婷在臨近畢業時主動選擇了延期，她告訴記者，是自己當時的「不將就」，才成就了今天的圓滿。
圖說：免疫化學研究所和iHuman研究所團隊合影 來源/上海科技大學供圖
G蛋白偶聯受體作用大
花的芳香、美食的味覺、美景的感官享受……人無時不刻都在接收外界的各種刺激。這都是通過細胞膜上的G蛋白偶聯受體（GPCR）轉化為細胞內的信號，進而引發一系列的生理反應的結果。GPCR負責了80%的跨細胞膜信號的接收和轉導，也是最重要的藥物靶標。目前約40%的上市藥物是以GPCR為靶點的。
「從事靶向GPCR藥物研發的科學家都有這麼一個夢想：那就是擺脫『撞大運』式的海量篩選，能夠在了解目標GPCR精細結構的基礎上，『量身定製』特異性高、副作用小的特效藥。」iHuman研究所執行所長、生命學院教授劉志傑表示。
可要知道，GPCR是結構生物學研究領域裡最難啃的「硬骨頭」之一：GPCR是膜蛋白，構象又很不穩定，它的表達、純化、結晶都非常困難。因此，儘管國際上眾多科研人員進行了多年的不懈努力，到目前為止仍然只解析出了50多個獨特的GPCR三維結構，而GPCR的家族成員有826位！
劉志傑告訴記者，正是認識到了細胞信號轉導研究的巨大科學意義和社會效應，iHuman研究所選擇了與成癮、情緒、代謝和癌症相關的GPCR作為研究目標。「可喜的是經過近6年的持續努力，我們已經獲得了一系列突破。」劉志傑說，「我們成功解析了人源大麻素另一個受體CB2的三維精細結構，揭示了小分子拮抗劑與CB2的結合及調控方式。」
圖說：與小分子結合的大麻素受體CB2和CB1，及其外周免疫細胞和神經細胞的藝術展現圖，以展示其對神經和免疫系統的精準調控 來源/Julie Liu設計並繪製
探索免疫調節類疾病重要靶點CB2
我國是種植和使用大麻最早的國家，其被用於生活、醫藥、宗教和娛樂已有數千年歷史。早期藥書《神農本草經》及《本草綱目》中就有關於大麻的醫藥和保健用途的大量記載。
植物大麻中含有幾十種有效成份，這些有效成份具有很高的藥用價值。「2018年在歐美上市的治療兒童癲癇病的新藥中的主要有效成份大麻二酚就是大麻中的主要成份之一。」劉志傑舉例。
大麻中比較有名的致幻成份——四氫大麻酚主要作用於人體中的大麻素受體CB1和CB2。CB1分布於全身且是中樞神經系統中分布最廣的GPCR之一，而CB2則主要存在於人的免疫系統中，在中樞神經系統中也有少量分布。「CB2是治療免疫調節類疾病、炎性神經痛、神經性炎症和神經退行性疾病等的重要靶點。」劉志傑表示。
過去幾年，劉志傑團隊已經系統研究了大麻素受體CB1在拮抗劑和激動劑調節下的三維結構和構象變化規律。儘管CB1與CB2之間胺基酸序列的同源度達到44%，但兩個受體無論在體內分布還是在調控的生理功能上均存在較大差異。揭示CB2的三維精細結構及與配體分子的相互作用機制，以及其與CB1在協同調節人體內源性大麻素系統中的相互關係，既是一個重要的科學問題，也是一項對眾多疾病的新藥研發具有重要意義的科學實踐。
大麻素受體系列研究再突破
為攻克CB2受體結構及調控機制，研究團隊在前期工作的基礎上首先通過突變位點預測和大量表達載體篩選，經過多輪反覆優化獲得了高質量的CB2蛋白樣品，然而產生出的晶體衍射能力較弱。
為了提高晶體衍射質量，研究團隊又進一步篩選了幾十個不同來源的小分子配體，並與美國東北大學的團隊合作設計了CB2新型拮抗劑，最終獲得衍射能力極強的棒狀晶體。
然而，由於晶體在一個方向衍射能力較強而長軸方向衍射能力相對較弱，給數據處理和結構解析帶來很大挑戰。「為了克服這一困難，我們調整和優化了實驗策略，同時對收集到的大量衍射數據進行嚴格篩選和分類，終於了解了新型拮抗劑與CB2的相互作用模式。通過與CB1三維結構的比對分析，發現同處於拮抗狀態下的CB2與CB1結構差別極大。」劉志傑介紹，「CB1和CB2兩種受體間的陰陽平衡關係是否對人體生理功能的精確調控具有特殊的生理意義，是一個值得我們進一步深入探究的重要科學問題」。
這次研究成果也是iHuman研究所科研團隊繼成功揭開了大麻素受體CB1的「陰陽雙面」後，在大麻素受體系列研究中的又一重大突破。該研究成果將極大推動靶向大麻素受體CB1和CB2的特異探針設計，實現對人體內非常重要的大麻素系統的精準調控，為探究眾多疾病的發生和發展機理以及靶向性新藥的研發具有重要意義。
為研究主動延期畢業
為了這項研究，博士研究生李瀟婷在臨近畢業之時主動選擇了延期。「CB2受體作為G蛋白偶聯受體超家族的成員，非常嬌貴，從表達載體構建、細胞培養，到蛋白純化、結晶等每一環節都需要格外經心。」李瀟婷告訴記者，「真正的考驗是在2015年4月份轉博之後——在接下來的一年中，有的同學碩士畢業，也有同學開始準備課題文章的發表，而我在CB2課題上還沒有突破性的進展，感覺自己的努力得不到理想的結果。」
好在2016年3月，李瀟婷獲得了CB2受體的蛋白晶體。「那時感覺自己攻克CB2受體結構在即，按時畢業在望。」可現實還是給她潑了一盆冷水，之後近半年的時間裡，晶體優化沒有任何進展。
到底是堅持使用同一克隆繼續優化晶體，還是重新設計表達載體？到底是整理發表階段性的成果按時畢業，還是選擇為獲得高解析度的CB2結構再做更多的努力？經過審慎考慮，這個追求完美的姑娘選擇了後者。「做科研不但需要堅持，有時更需要理智地割捨。」結果是喜人的，又是半年光景，李瀟婷和團隊如願以償揭開了CB2結構的神秘面紗。
iHuman研究所副研究員華甜評價道：「人體的內源性大麻素系統是一個非常神奇的調控系統，它參與很多生理過程的調控且與眾多疾病密切相關。我們在研究過程中不斷發現它令人意外的奇妙特性。目前我們的研究已經深入到更加複雜的下遊信號轉導機制和相關的藥物研發上。非常希望我們努力的成果能為人類健康做一份貢獻。」
該成果今日凌晨在國際頂尖期刊《Cell》（細胞）上發表，上科大2013級碩博連讀研究生李瀟婷、iHuman研究所副研究員華甜為論文共同第一作者，iHuman研究所執行所長、生命學院教授劉志傑為通訊作者，上科大為第一完成單位。「是上科大和iHuman研究所豐富的科研資源、先進的指導模式及國際化的培養理念造就了我。」李瀟婷表示。
「CB1的減肥藥利莫那班竟然也能拮抗饒院士團隊同期發表的結核分枝桿菌的藥物靶標膜蛋白MmpL3。歷史上雖然不乏這種科學發現中的偶然巧合的例子。但想不到它竟然發生在了自己身邊。」劉志傑連呼驚喜。
新民晚報見習記者 郜陽