生長(zhǎng)抑素受體（Somatostatin receptors，SSTRs）是一類(lèi)重要的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs），在調(diào)控多種激素分泌和抑制腫瘤生長(zhǎng)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，是治療肢端肥大癥、垂體腺瘤、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等疾病的重要靶點(diǎn)。SSTR5共有五種亞型（SSTR1-SSTR5），其中，SSTR5在垂體中高度表達(dá)，調(diào)控促腎上腺皮質(zhì)激素、催乳素和生長(zhǎng)激素等激素分泌，是相關(guān)內(nèi)分泌疾病和腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。

生長(zhǎng)抑素（Somatostatin，SST）是SSTRs的天然配體，具有抑制生長(zhǎng)激素、胰島素、胰高血糖素等多種激素分泌的作用。SST通過(guò)與SSTRs結(jié)合，抑制腺苷酸環(huán)化酶（Adenylate Cyclase，AC）的活性，主要由抑制性G蛋白（Gi）介導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)控胞內(nèi)cAMP濃度，將外源信號(hào)傳遞至胞內(nèi)（圖1A），影響多種激素的分泌和腫瘤的生長(zhǎng)等過(guò)程。皮質(zhì)抑素(Cortistatin，CST)是一種與所有SSTRs亞型親和力很高的神經(jīng)肽，與SST具有高度的結(jié)構(gòu)同源性，CST在人體內(nèi)發(fā)揮相同的SST內(nèi)分泌活性，另外還具有抗炎癥和抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖作用，近年來(lái)多項(xiàng)研究相繼揭示SST作用不同的SSTR2和SSTR4的分子機(jī)制，CST識(shí)別和調(diào)控SSTRs的作用機(jī)制尚不明確。

CST17在大腦皮層中表達(dá)水平較高，與SST14具有相同的半胱氨酸環(huán)狀結(jié)構(gòu)及與SSTR結(jié)合序列Phe-Trp-Lys-Thr (FWKT)(圖2A-B)，均能激活SSTR5，但其詳細(xì)的激活機(jī)制仍未知。由于SST在血漿中的半衰期短，限制了其臨床應(yīng)用。FDA批準(zhǔn)的生長(zhǎng)抑素激動(dòng)劑合成藥物奧曲肽(octreotide)不僅對(duì)SSTR2具有較高親和力，同時(shí)也能有效激活SSTR5，目前已用于治療肢端肥大癥和神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等疾病。

盡管多種靶向SSTRs的SST類(lèi)似物已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)用于臨床。但由于SSTR亞型之間序列高度同源，開(kāi)發(fā)出能夠高選擇性調(diào)控特定亞型并最大限度減少非靶向效應(yīng)的藥物仍然是一大挑戰(zhàn)。SSTR5作為重要的藥物靶點(diǎn)，闡明其與配體識(shí)別和激活的分子機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)新型高選擇性SSTR5激動(dòng)劑具有重要意義。

2024年06月18日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)/趙麗華團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了以"Structural basis for activation of somatostatin receptor 5 by cyclic neuropeptide agonists"為題的研究論文。該研究利用冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次解析了天然多肽激動(dòng)劑CST17和臨床抗腫瘤藥物octreotide分別激活SSTR5并結(jié)合下游Gi蛋白的三維復(fù)合物結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.7和2.9埃（圖1B-G）。

圖1 (A) 激動(dòng)劑介導(dǎo)的SSTRs的G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)通路示意圖。(B-C) CST17-SSTR5-Gi復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。(D-E) Octreotide-SSTR5-Gi復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。(F) CST17在結(jié)構(gòu)中的密度圖。(F) Octreotide在結(jié)構(gòu)中的密度圖。

該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，CST17和octreotide的結(jié)合會(huì)引起SSTR5中由TM3和TM6組成的"疏水鎖"重排，并導(dǎo)致TM6向外運(yùn)動(dòng)，從而使Gαi蛋白與受體結(jié)合并啟動(dòng)下游信號(hào)傳導(dǎo)（圖2C-D）。結(jié)構(gòu)和功能分析顯示，SSTR5細(xì)胞外環(huán)壞區(qū)ECL2和ECL3對(duì)CST17和octreotide具有不同的識(shí)別模式（圖2E-F），解釋了它們作為激動(dòng)劑的選擇性差異，闡明了SSTR5的激活機(jī)制和與肽激動(dòng)劑識(shí)別的分子基礎(chǔ)，為針對(duì)SSTR5開(kāi)發(fā)新型高選擇性，低副作用的藥物治療肢端肥大癥、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等相關(guān)疾病提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖2（A-B）內(nèi)源肽和octreotide的結(jié)構(gòu)和序列比對(duì)。(C) SSTR5中的"疏水鎖"在結(jié)合激動(dòng)劑后發(fā)生了構(gòu)象重排。(D)功能數(shù)據(jù)驗(yàn)證關(guān)鍵氨基酸對(duì)CST17和octreotide激活SSTR5的影響。（E）兩種復(fù)合物結(jié)構(gòu)中ECL2構(gòu)象的差異。（F）兩種復(fù)合物結(jié)構(gòu)中ECL3構(gòu)象的差異。

本研究中的冷凍電鏡數(shù)據(jù)由上海藥物所高峰電鏡中心收集。南京中醫(yī)藥大學(xué)碩士研究生李靜茹、上海藥物所游寵昭博士和碩士研究生李陽(yáng)為該論文的共同第一作者。上海藥物所趙麗華研究員、徐華強(qiáng)研究員為論文的共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類(lèi))和原創(chuàng)新藥研究全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321710121