2023年9月27日，药学院组织的药学前沿学术论坛在医学科学楼B323成功举办。论坛邀请了来自中国科学院上海药物研究所的徐华强教授。徐华强教授以“GPCR结构药理学和第一性原理的药物设计”为题，进行了学术报告。本次论坛由药学院副院长肖百龙教授主持。
徐华强，中国科学院上海药物研究所研究员、博士生导师，中科院上海药物研究所药物靶标结构与功能中心主任。徐华强研究员主要从事激素受体结构与功能研究和药物研发。目前已发表SCI文270余篇，其中CNS 37篇，引用次数超过34000次，连续多年被评为“全球高被引学者”，获得专利十余项。研究成果曾被 《Science》评为“2009年十大突破之一”、入选“2014年度中国科学十大进展”、入选两院院士评选“2015年中国十大科技进展新闻”、入选“2019年度中国医学重大进展”， 和中国科学院上海分院2022年度科技创新“十大进展”（基础研究类）。2016年荣获国际蛋白质学会Hans Neurath奖和“药明康得生命化学研究奖”杰出成就奖；2020年获上海市“白玉兰纪念奖”，2021年获第十三届“谈家桢生命科学成就奖”；2022获第二十二届“吴阶平-保罗杨森医学药学奖”；2022年获“侨界贡献奖”一等奖；2022年获上海市“白玉兰荣誉奖”。
嘉宾分享
G蛋白偶联受体（GPCR）是具有7次跨膜螺旋的细胞表面受体，功能非常广泛，是目前临床使用药物最多的一类药物靶标。GPCR有两条主要的信号通路，一条是经典的G蛋白信号通路，另一条可抑制经典通路，称为arrestin信号通路，这两个通路又受激酶GRK的调控。G蛋白主要分为四个亚型：Gs刺激型、Gi抑制型、Gq、G12。
首先，GPCR如何知道它要结合Gs还是Gi呢？课题组通过冷冻电镜技术解析Gi型GPCR的结构发现，Gs、Gi选择性依赖于TM6构象变化。GPCR不光感受胞外的配体，也受胞内的潜在的内源性配体调控。课题组解析了许多GPCR的结构，特别是神经递质相关的受体，例如五羟色胺、多巴胺、阿片受体，这些都为Gs受体。同时，通过解析整个家族的五羟色胺受体结构，细致的发现Gs结合的GPCR TM6向外张开且较Gi的TM6短2-3个螺旋；而Gs的TM5比Gi长2-3个螺旋，这些在很多GPCR中的共性说明了Gs/Gi的选择性基于TM6的长短与构象变化。而在对Gq结构的解析中，发现不同的受体则有各不相同的机制来选择性的激活Gq。至此，800多个GPCR 对应四个G蛋白亚型，它们如何与不同亚型G蛋白相互作用问题得到了解决。
其次，GPCR又是如何与arrestin结合的？G蛋白、arrestin和GRK作为GPCR的调节蛋白，他们的共性在于，在没有受体的时候，都处于非激活构象。G蛋白、arrestin和GRK必须被激活的受体来激活，才可以发挥功能。那么GPCR是如何激活arrestin的？徐华强教授利用自由电子x射线激光的方法，第一次解析了人视紫红质蛋白rhodopsin与arrestin1复合体的结构。阐明了GPCR通过磷酸化激活arrestin：GPCR的磷酸化主要发生在C端末尾。GPCR的C端并没有序列保守性，但从结构上分析发现，其磷酸化的空间位置与模式具有保守性，称为磷酸化密码。这一工作也作为cell的封面文章发表。
第三，我们知道GPCR主要的两条通路G蛋白和arrestin介导的生物学功能也不相同。许多药物的药效希望通过G蛋白通路来实现，而副作用则通常会通过arrestin。因而，科学家们也一直致力于寻找具有通路选择性的配体——偏向性配体。因而，探究两个通路的调节机制——GRK的作用至关重要。GRK作为酶，与受体底物的相互作用非常弱，为捕捉这一相互作用，课题组用选用了神经紧张素受体NSTR1，用NanoBIT生物交联、BS3化学交联的方法，成功的到了稳定的GPCR-GRK2复合物，并最终得到了复合体的高分辨率结构。阐明了GRK激酶与受体相互作用的机制。
另外，在药物设计方面，徐华强教授提出，目前新药临床研究的高失败率需要我们反思我们的生物医学方法。尽管我们已有很丰富的理论基础知识，但许多药物的设计还很不成熟。其中我们要注意的是，有效药物发现的核心，是确保生物医学符合人类生理固有规律。例如，代谢的昼夜节律和胆汁酸短暂半衰期间的适配。但目前针对胆汁酸受体的药物往往与这些标准并不一致。为此，课题组推出了反映胆汁酸代谢周期的FXR激动剂Linafexor，证明了其在治疗脂肪性肝炎NASH等条件下的疗效。进一步说明了基于基本生理原理的药物发现的重要性。
交流讨论
报告结束后，老师和同学们就徐华强老师的报告进行了热烈的讨论和提问。
Q1：在通过交联的方法获得NSTR1-GRK复合物结构时，采用了低浓度的化学交联，具体实验细节时怎样的呢？
A：对于不同的化学交联剂，需要设置一个梯度，从最高到最低有大约10000倍的差别，再通过跑变性胶来判断复合体有没有形成，再来看电镜。
Q2：GRK作为激酶，是什么让它磷酸化，又是什么酶让它去磷酸化？
A：激酶的激活必须要通过磷酸化使活性提高，但很多激酶有1-2%的本底活性。GRK系统中：1. 底物和酶结合后空间位置近会使有效浓度大大提高；2 .GRK结合后磷酸化GPCR受体， 由于GRK本身的结合力较弱，所以它会自发的离开受体。
Q3：最初得到的GPCR- GRK复合物不稳定，是用什么策略让它稳定的？
A：四个策略：1. 筛选GPCR，找到稳定性最佳的一个；2.加小分子配体来稳定；3.NanoBIT生物交联；4. 化学交联。
Q4：NanoBIT的交联是被动的还是主动的，如果两个本身没有相互作用的蛋白加上NanoBIT，它们会形成复合物吗？
A：取决于所用NanoBIT的区段，不同的区段分lowBIT到highBIT，结合力从一百微摩到零点几纳摩不等。所以即可以用来做功能分析，也可以来做蛋白质复合物。做复合物采用的是highBIT。但借助highBIT形成“假”复合物的概率非常低，它只会助力于已经结合的蛋白不会分的很开。
最后，由肖百龙教授对论坛进行总结，并为徐华强教授赠送论坛纪念证书。
