2021年11月17日，高宁组与孙金鹏团队合作在Nature上发表了研究论文“Structure, function and pharmacology of human itch receptor complexes”。该研究中，研究团队先是对痒觉受体MRGPRX2对多肽和过敏性药物的感知药理学进行了详细的表征。为进一步揭示其设别机制，团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了不同配体作用下痒觉受体MRGPRX2与Gi蛋白三聚体复合物的结构（图一），发现了痒觉受体非常独特的配体识别口袋；并结合生化和细胞实验揭示了痒觉受体识别不同配体的通用机制，发现了痒觉受体特有的激活方式，该研究系统的揭示了痒觉感知的分子机制，为靶向痒觉受体的药物开发提供理论及结构基础。

       具体发现包括：

1、与传统GPCR不同MRGPRX2有着较浅的结合口袋

       从MRGPRX2复合物结构中，研究者发现不论化合物配体还是多肽配体与Toggle switch 的距离都要比传统的GPCR（如大麻素受体CB1）远很多（图1），所以这类受体有着不同于传统GPCR的较浅的配体结合口袋，也正是这种较浅的配体与受体的结合模式以及N端及胞外环的可塑性造就了痒觉受体配体的多样性，这也很好的解释了为什么痒觉受体家族在不断演化的过程中，能够识别多种多样的有害刺激从而引发瘙痒。

 

图1  MRGPRX2受体与CB1受体配体结合口袋的比较

2、揭示了MRGPRX2 识别多聚阳离子化合物及短肽的通用机制

        许多带有正电荷的碱性小分子，如含有THIQ motif (tetrahydroisoquinoline)的化合物均可以激活MRGPRX2引起肥大细胞脱颗粒反应进而引发瘙痒，这些碱性化合物由于带有大量正电荷对细胞产生很大损伤，研究人员解析了在带有阳离子的碱性小分子化合物compound 48/80 (C48/80)作用下，MRGPRX2与Gi三聚体复合物的结构，发现受体上分别由E164/D184 和D254形成的两个酸性口袋可以识别化合物上正电荷的碱性基团（图2），并且这类小分子有着共同的特征：两个带正电荷的原子之间隔了8-10个碳原子，空间距离大约是13 Å左右。

        另外许多内源短肽以及FDA批准的多种短肽类药物也可以激活MRGPRX2，引起肥大细胞脱颗粒反应，研究人员通过分析多个短肽的结构及生化细胞数据，发现了受体识别短肽类配体的通用基序，即φp9(X0-1) R/Kp10(X2) φp13(X2-3) φp16(X3) R/Kp20（图2），含有该基序的短肽可以激活MRGPRX2引起瘙痒。该研究深入揭示了痒觉受体识别不同配体的通用机制，为临床开发避免瘙痒等副作用的药物提供了理论依据。

 

图2 MRGPRX2受体识别配体的通用机制

3、发现了MRGPRX2 独特的激活机制

        传统的GPCR通过第六个跨膜螺旋（TM6）中 “toggle switch” 色氨酸 W6.48的构象改变使受体激活，但在MRGPRX2中，该位置的W6.48被甘氨酸G6.48替代，更有趣的是，G6.48与TM3上的Y3.36形成氢键，使TM6形成一个显著的上侧弯折，这种特殊的结构方式介导了痒觉受体MRGPRX2的激活，同时TM6中参与激活的关键motif  G6.48XXF6.52以及TM3中Y3.36在整个MRGPRX家族都是保守的（图3），因此这是痒觉受体特有的全新激活模式，这些新的发现扩展了人们对GPCR激活机制的认识。

 

图3  MRGPRX2受体的激活机制

 

        原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04077-y