揭示蛙皮素家族受體識別癢覺多肽的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

在人類漫長的進化過程中，癢覺是抓撓反射的一部分，有助于避開潛在的外來傷害；然而，持續(xù)癢覺或者瘙癢，會由于反復(fù)抓撓導(dǎo)致皮膚感染、精神焦慮或者睡眠障礙。

瘙癢作為一種皮膚病，在臨床上主要使用某些抗組胺藥、免疫調(diào)節(jié)劑藥物和針對神經(jīng)系統(tǒng)的藥物進行治療。但考慮到抗組胺藥具有中樞抑制作用，一般長期從事駕駛、高空作業(yè)等危險工作的患者禁止使用該類藥物。而如果長期使用激素類免疫調(diào)節(jié)劑藥物，身體會產(chǎn)生諸多不良反應(yīng)，如皮膚干燥、萎縮、炎癥、體重增加。而慢性瘙癢導(dǎo)致不受控制的抓撓，可能會引起嚴(yán)重感染。

因此，研發(fā)有效地治療瘙癢的新型藥物尤為重要。而瘙癢背后的生物學(xué)機制目前仍不清楚，這極大地阻礙瘙癢相關(guān)藥物的研發(fā)。

從癢覺感知到信號傳遞、中樞處理和抓撓反饋，是一個復(fù)雜的多步驟、多因素調(diào)控的生理過程，其第一步就是致癢物的感知和識別，由多種膜蛋白參與，其中GPCR成員MRGPRX2和MRGPRX4就介導(dǎo)了多種癢覺信號的產(chǎn)生。然而，致癢物被感知后，產(chǎn)生的癢覺信號又是如何傳入大腦中樞的？

前期研究發(fā)現(xiàn)，外界刺激引起的組胺型和非組胺型皮膚瘙癢信號經(jīng)由背根神經(jīng)節(jié)傳導(dǎo)，神經(jīng)節(jié)末端的胞體分別釋放NMB和GRP多肽配體，分別激活了對應(yīng)的神經(jīng)調(diào)節(jié)肽受體NMBR和胃泌素釋放肽受體GRPR，而NMBR和GRPR被激活后，信號在脊髓灰質(zhì)背角處被處理，繼續(xù)向大腦傳遞，導(dǎo)致大腦產(chǎn)生癢覺，使人或動物不自覺地抓撓以擺脫瘙癢。

NMBR和GRPR都處于瘙癢傳播的核心，在瘙癢生物學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此，它們越來越受到關(guān)注，被認(rèn)為是是抗瘙癢干預(yù)治療的潛在有力的靶點。為了理解NMBR和GRPR介導(dǎo)癢覺信號傳導(dǎo)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分子機制，研究團隊利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，解析了NMMB和GRPR分別和對應(yīng)的內(nèi)源性配體NMB和GRP以及下游G蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.15埃和3.30埃。

在NMBR和GRPR的結(jié)構(gòu)中，研究人員發(fā)現(xiàn)兩個癢覺多肽配體NMB和GRP均呈現(xiàn)啞鈴狀形狀的表面特征，且以多肽的C端朝向蛙皮素受體的口袋內(nèi)部的方式結(jié)合在受體的正性結(jié)合口袋。癢覺多肽配體NMB和GRP的兩端啞鈴狀尾部介導(dǎo)大部分受體相互作用，其中多肽C端保守的HF(L)M基序?qū)τ谑荏w的激活特別重要；而NMBR和GRPR的三個保守氨基酸P3.29、Q3.32和P45.52對于配體的識別非常關(guān)鍵。

已有報導(dǎo)顯示，NMBR和GRPR分別受兩種不同內(nèi)源性配體NMB和GRP的激活差異在600倍以上。雖然兩個受體結(jié)構(gòu)中的配體結(jié)合方法相似，且結(jié)構(gòu)間的差異也較小，結(jié)合文獻(xiàn)報導(dǎo)和功能實驗驗證，研究人員分析了蛙皮素受體NMBR和GRPR分別識別其內(nèi)源性配體的相互作用細(xì)節(jié)，闡述了NMBR和GRPR的結(jié)構(gòu)的細(xì)微差異引起的激活差異的具體機制，包括NMBR和GRPR的ECL2上的構(gòu)象不同和配體結(jié)構(gòu)口袋底部疏水環(huán)境差異。和大部分多肽受體相似，蛙皮素受體NMBR和GRPR的激活也受到其內(nèi)源性多肽配體C末端酰胺化水平的影響，研究人員通過功能實驗檢測，NMB和GRP的C末端酰胺化形式對其各自受體的激活能力是未酰胺化多肽的100倍以上，通過對比酰胺化NMB和未酰胺化GRP分別結(jié)合其受體結(jié)構(gòu)中配體C端殘基的相互作用特征，研究人員發(fā)現(xiàn)酰胺化基團可以形成額外的極性相互作用。

總之，這些針對NMBR和GRPR的結(jié)構(gòu)與功能研究詳細(xì)闡述了兩個癢覺多肽配體NMB和GRP的識別特征和選擇性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，有助于展開基于NMBR和GRPR結(jié)構(gòu)的抗瘙癢等疾病的藥物研發(fā)。