制藥行業(yè)中一直被忽視的靶點(diǎn)：核受體

(資料圖片)

我們通常接觸到的受體，大都是細(xì)胞膜上的受體，了解再深一步的是細(xì)胞漿受體。對細(xì)胞核內(nèi)的核受體知之甚少。

01 受體的分類

受體是一類存在于胞膜或胞內(nèi)的，能與細(xì)胞外專一信號分子結(jié)合進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，使細(xì)胞對外界刺激產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。與受體結(jié)合的生物活性物質(zhì)統(tǒng)稱為配體（ligand)。受體與配體結(jié)合即發(fā)生分子構(gòu)象變化，從而引起細(xì)胞反應(yīng)，如介導(dǎo)細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞間黏合、胞吞等過程。

目前受體主要分為：細(xì)胞膜受體、胞漿受體和核受體。

細(xì)胞膜受體：膜受體存在于細(xì)胞膜上，它們絕大部分是鑲嵌糖蛋白。主要包括3大類，分別為配體依賴性離子通道受體、G蛋白偶聯(lián)受體和單個跨膜α螺旋受體。膜受體與其相應(yīng)的配體結(jié)合后可以激活細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶,使腺苷三磷酸變成環(huán)腺苷酸(cAMP)。cAMP和cGMP再通過對細(xì)胞內(nèi)各種酶系的作用，影響細(xì)胞的代謝，產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。

配體依賴性離子通道受體：目前已發(fā)現(xiàn)13種配體依賴性離子通道受體，受體由配體結(jié)合部位與離子通道兩部分組成。當(dāng)配體與配體門控受體結(jié)合后，可使離子通道打開或關(guān)閉，從而改變膜的通透性。陽離子通道入口處的氨基酸殘基多帶負(fù)電荷，而陰離子通道則多帶正電荷，故它們能選擇性地通過陽離子或陰離子。不同類型的受體所含亞基數(shù)目和種類不相同，但其基本結(jié)構(gòu)是相似的。

如煙堿型乙酰膽堿受體，是一種酸性糖蛋白，由4 種亞基形成的5 聚體( α2βγδ) 圍成一個離子通道。各亞基的親水性N末端區(qū)域位于胞外，C末端區(qū)域主要位于胞內(nèi)，但羧基端又伸向胞外。每個亞基的兩個親水區(qū)域之間具有4個疏水的α螺旋跨膜區(qū)。當(dāng)乙酰膽堿與位于2個α亞基外側(cè)的配體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合時，使離子通道開放，產(chǎn)生離子的跨膜流動。因?yàn)橐蕾囯x子通道受體轉(zhuǎn)導(dǎo)的信息不依賴任何細(xì)胞內(nèi)或膜的可擴(kuò)散因子，所以它們能快速地傳遞信息。

圖1 配體依賴性離子通道受體結(jié)構(gòu)示意圖

G蛋白偶聯(lián)受體(G－protein coupled receptors，GPCRs)又稱七跨膜受體，此類受體研究得最為廣泛和透徹，目前已知的GPCRs已多達(dá)1000多種。該類受體對多種激素和神經(jīng)遞質(zhì)作出應(yīng)答。

GRCP由一條肽鏈組成，其N端在細(xì)胞外側(cè)，C端形成細(xì)胞內(nèi)的尾巴，中段形成七個跨膜的α螺旋結(jié)構(gòu)和三個細(xì)胞外環(huán)與三個細(xì)胞內(nèi)環(huán)。每個α螺旋結(jié)構(gòu)分別由20～25個疏水氨基酸組成。

這類受體的疏水螺旋區(qū)的一級結(jié)構(gòu)是高度同源的，親水環(huán)的一級結(jié)構(gòu)有較大的變異。這類受體的特點(diǎn)是其胞漿面第二和第三個環(huán)能與G蛋白相偶聯(lián)。不同的受體有不同的糖基化模式。此類受體包括配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，當(dāng)配體與細(xì)胞表面的受體結(jié)合后，它們的相互作用引起受體構(gòu)象的改變，使它能與細(xì)胞膜的G蛋白相互作用，形成高親和力的配體－受體－G蛋白復(fù)合體。

圖2 G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)構(gòu)示意圖

單個跨膜α螺旋受體：相對于G蛋白偶聯(lián)受體的七次跨膜受體，這類受體在缺乏配體時，往往以單體形式存在，以單跨膜的α螺旋區(qū)與細(xì)胞膜結(jié)合，其配體通常是多肽鏈。受體與配體結(jié)合即具有(或偶聯(lián)有)蛋白酪氨酸激酶活性，或蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶活性。根據(jù)受體結(jié)構(gòu)的差別又分為四種類型:

①蛋白酪氨酸激酶受體。包括胰島素受體和多種生長因子受體，如胰島素受體則由兩對αβ鏈通過二硫鍵連接成α2β2四聚體;

②蛋白絲氨酸和蘇氨酸激酶受體。TGFβ(轉(zhuǎn)化生長因子β) 家族被分成兩個亞家族—Ⅰ型受體(TβR－Ⅰ)和Ⅱ型受體( TβR－Ⅱ)，Ⅰ型受體比Ⅱ型受體保守。TGFβ受體家族成員通過受體的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)信息;

③非催化型單個跨膜受體—細(xì)胞因子受體。配體如細(xì)胞因子和生長激素，不具有酶的催化活性，但是此類受體在近膜區(qū)有與非受體型蛋白酪氨酸激酶( NRTKs)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。受體與配體結(jié)合后，可與激酶偶聯(lián)而表現(xiàn)出酶活性，從而使受體及底物的酪氨酸殘基磷酸化?？梢姡琋RTKs在這類受體的功能中發(fā)揮巨大的作用，它參與調(diào)節(jié)一系列信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，包括有絲分裂、激活T細(xì)胞和B細(xì)胞以及細(xì)胞骨架收縮;

④具有鳥嘌呤環(huán)化酶活性的受體。它們的配體包括心鈉素和鳥苷蛋白。該受體由同源的三聚體或四聚體組成，每一條亞基包括N末端的胞外受體結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)域、膜內(nèi)的蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域和C－末端的鳥苷酸環(huán)化酶催化結(jié)構(gòu)域。單個跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)近膜區(qū)具有一長度為37個氨基酸殘基的片段。蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域無激酶活性，目前尚不知它的功能。每條亞基通過胞外受體結(jié)構(gòu)域間的氫鍵連接成三聚體或四聚體。

胞漿受體：這類受體存在于細(xì)胞漿內(nèi)，如：雌二醇、孕酮、睪酮、腎上腺皮質(zhì)激素等甾體激素的受體。這類受體與核受體類似，如下圖，胞漿受體復(fù)合物也是通過核受體發(fā)揮作用。

圖3 胞漿受體的作用機(jī)制

02 核受體概述

核受體（NRs）的研究始于20世紀(jì)80年代中期，當(dāng)時幾個激素受體的分子克隆揭示了它們在結(jié)構(gòu)組成方面存在共同的體系結(jié)構(gòu)。由于NRs在許多生理過程中具有重要功能，并直接與多種人類疾病相關(guān)，因此長期以來一直將其作為治療藥物的靶點(diǎn)。據(jù)估計，NR配體約占全球制藥市場小分子藥物的15%至20%。

目前，直接靶向不同NRs的藥物已廣泛應(yīng)用于治療各種疾病，例如靶向雌激素受體（ER）的他莫昔芬和依維莫司用于乳腺癌和骨質(zhì)疏松癥，靶向雄激素受體（AR）的卡索芬用于前列腺癌，靶向視黃酸X受體（RXR）的塔格雷汀用于皮膚癌，以及靶向過氧化物酶體增殖物激活受體-γ（PPARγ）的格列酮用于2型糖尿病。此外，目前還有大量具有更強(qiáng)結(jié)合親和力和更好特異性的化合物正在研究和開發(fā)階段，用于新的NR靶向藥物。

由于胞質(zhì)受體與配體結(jié)合后,一般也要轉(zhuǎn)入核內(nèi)發(fā)揮作用,通常把細(xì)胞內(nèi)的受體統(tǒng)稱為核受體(nuclearreceptor)。能與核受體結(jié)合的配體主要是直接進(jìn)入胞內(nèi)的胞外信使分子,通常為小分子脂溶性物質(zhì),如類固醇激素等。

圖4 核受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)

核受體分類：核受體是生物體內(nèi)廣泛分布的一類超家族蛋白質(zhì)，由48個家族成員組成，包括經(jīng)典核受體和孤兒核受體根據(jù)其和配體的關(guān)系，核受體家族可以分為四類：

第一類是經(jīng)典核受體，能夠與內(nèi)源性配體結(jié)合，包括皮質(zhì)醇激素受體、甲狀腺激素受體和性激素受體以及維生素Ａ和Ｄ的代謝物；

第二類是“領(lǐng)養(yǎng)”的孤兒核受體，是指原先沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性配體，但通過內(nèi)分泌學(xué)方法鑒定出的具有高親和力天然配體的核受體，包括血紅素、膽固醇代謝物、膽汁酸和9－順式維甲酸；

第三類是“寄養(yǎng)”的孤兒核受體，是指已經(jīng)鑒定出的低親和力天然配體或結(jié)構(gòu)配體的核受體，包括長鏈脂肪酸（PPARα/δ/γ）、異源物代謝核受體（CAR和PXR）、磷脂（SF1和LRH1）、膽固醇代謝產(chǎn)物（RORɑ/β/γ）和脂肪酸（HNF4ɑ/β）。

第四類是孤兒核受體，是指目前仍未發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性配體的核受體。核受體在調(diào)節(jié)代謝途徑、維持穩(wěn)態(tài)、免疫應(yīng)答和疾病發(fā)生中發(fā)揮重要作用，常作為藥物研究的靶點(diǎn)。核受體通常以配體依賴性的方式直接與多種親脂性分子結(jié)合，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)特定信號通路的基因表達(dá)。

圖5 核受體家族及其配體

03 核受體結(jié)構(gòu)和功能

在結(jié)構(gòu)上，所有核受體都具有較高的序列同一性和保守的結(jié)構(gòu)域。經(jīng)典的核受體主要包括四個功能結(jié)構(gòu)域：N 端轉(zhuǎn)錄激活域（N-terminal；NTD）、DNA結(jié)合域（DNA binding domain；DBD）、配體結(jié)合域（Ligand binding domain；LBD）以及連接DBD和LBD的鉸鏈區(qū)（Hinge domain；H）。其中，DBD 的結(jié)構(gòu)特征允許核受體以不同的方式各自識別其目標(biāo)基因。而LBD在配體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性發(fā)揮過程中起著至關(guān)重要的作用。除了與配體結(jié)合，LBD還包含一個激活功能區(qū)2（Activation function-2；AF2），其構(gòu)象高度依賴于所結(jié)合的配體。

N端的激活功能區(qū)1（Activation function-1；AF1）所在結(jié)構(gòu)域靈活多變，目前還沒有晶體結(jié)構(gòu)被解析出來。但并非所有的核受體都含有經(jīng)典的四個結(jié)構(gòu)域。例如NR0亞家族，其成員的結(jié)構(gòu)中常不具有DBD或LBD。其中Dax-1和SHP兩個核受體都只包含LBD結(jié)構(gòu)，不具備

DBD，但它們?nèi)匀豢梢耘c其他轉(zhuǎn)錄因子（Transcription factors；TFs）結(jié)合抑制下游基因的表達(dá)。

此外，晶體結(jié)構(gòu)學(xué)的發(fā)展揭示了大多數(shù)核受體具有相似的結(jié)構(gòu)特征，這表明它們在配體結(jié)合和共激活因子招募等方面的分子機(jī)制是相似的。

一般來講，核受體可采用三種不同的模式（核受體單體，同源二聚或者異源二聚等形式）與DNA作用發(fā)揮轉(zhuǎn)錄功能，具體采用哪種模式與核受體的特定類型有關(guān)。如視黃酸相關(guān)的孤兒受體γ（Retinoic acid receptor-related orphan receptor γ；RORγ）通過單體的形式與DNA作用元件結(jié)合調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。視黃酸受體（Retinoid X receptor；RXR）可同源二聚或與其他核受體形成異源二聚體啟動下游基因轉(zhuǎn)錄。

圖6 核受體的結(jié)構(gòu)和功能域

核受體能夠與細(xì)胞內(nèi)的多種共調(diào)節(jié)因子相互作用，因而也可以參與多種基因的間接調(diào)控。這些共調(diào)節(jié)因子在核受體轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在配體不存在的條件下其中的共抑制因子可以通過與核受體相互作用，使核受體的轉(zhuǎn)錄活性受到抑制。

而當(dāng)感應(yīng)到配體激活信號時，一方面，配體小分子與核受體的結(jié)合取代了輔阻遏因子與核受體的結(jié)合，另一方面，也可能通過募集共激活因子與核受體的結(jié)合，從而增強(qiáng)核受體的轉(zhuǎn)錄活性。此外，組蛋白修飾、DNA甲基化、染色質(zhì)重塑等表觀遺傳學(xué)同樣會影響核受體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控行為。

圖7 核受體結(jié)合DNA靶序列的調(diào)控形式

注：異源二聚體（Heterodimer）與DNA反應(yīng)元件的結(jié)合方式包括：回文（PAL，palindrome）、正向重復(fù)（DR，direct repeat）、倒回文（IP，inverted palindrome）三種。單體（）則通常與5’－端富含A/T基序的序列結(jié)合。

除了在細(xì)胞核內(nèi)作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控靶基因的表達(dá)（基因型功能）外，核受體還能通過一種不依賴于其轉(zhuǎn)錄調(diào)控的新型分子機(jī)制起作用，這種作用被稱為核受體的非基因型功能。核受體非基因型作用的發(fā)揮，通常需要核受體定位于細(xì)胞內(nèi)特定的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并通過與細(xì)胞內(nèi)眾多蛋白直接發(fā)生相互作用，從而使其有能力迅速調(diào)控細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。核受體不僅存在于細(xì)胞核中，而且也經(jīng)常定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中，參與調(diào)節(jié)胞質(zhì)中的鈣離子穩(wěn)態(tài)，以及其中的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

核受體的亞細(xì)胞轉(zhuǎn)位作用既可以通過核受體本身的自由穿梭，也可以通過其他蛋白的協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)完成。此外，出核后的核受體，在特定信號分子介導(dǎo)的條件下，能夠被精準(zhǔn)地定向轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、中心體等細(xì)胞器，參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，線粒體途徑的細(xì)胞凋亡、自噬及脂肪酸氧化進(jìn)程，中心體穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞有絲分裂的調(diào)控等生物學(xué)過程。細(xì)胞內(nèi)的多種信號通路，包括cAMP/PKA通路，Wnt/β-catenint信號通路,以及PI3K/AKT信號通路，AMPK通路，Hippo/Yap通路等，都可能涉及到核受體非基因型作用的調(diào)控。

目前已經(jīng)報道了大量與AR和ER相關(guān)的PROTAC分子，其中一些已經(jīng)進(jìn)入了前列腺癌和乳腺癌治療的II期臨床階段。這項(xiàng)技術(shù)將為研究某些難以藥物靶向的NRs帶來新的機(jī)會，特別是對于一些孤兒受體。隨著這些技術(shù)的進(jìn)展，將在發(fā)現(xiàn)靶向NRs的新型藥物方面取得新的突破。

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