破解大麻素受體謎團

“神秘”的CB1

CB1是人的中樞神經系統中表達量最高的G蛋白偶聯受體（GPCR）之一。有研究結果顯示，大麻的主要有效成分——四氫大麻酚（THC）主要作用于CB1受體。

大麻素不僅存在于能令人上癮的大麻中（植物性大麻素，THC），也自然地存在于動物神經和免疫系統里（內源性大麻素，N-花生四烯酸氨基乙醇和2-花生四烯酸甘油）。從中世紀開始，就有醫生已經認識到大麻具有治療效果。事實上，現代醫學也證明了大麻素對于治療多發性硬化癥和某些類型的疼痛有一定的效果。尚在研究階段的數據顯示，大麻素對某些癌癥和腦外傷造成的損害可能有一定的療效。而且，CB1特異性小分子拮抗劑在治療肥胖及相關并發癥、精神性疾病、肝纖維化和尼古丁成癮等方面顯示了不俗的效果。

2006年，首個用于治療肥胖癥的CB1特異性拮抗劑利莫那班獲得歐洲醫學委員會（EMA）的上市批準。很快，美國FDA卻發現該藥物可能引發焦慮、抑郁、自殺傾向等精神方面的副作用，從而禁止。同時，歐洲也很快發現這種藥確實會引起抑郁、焦慮甚至自殺傾向，最終只能將其撤下。

但是，由于缺乏對減肥藥利莫那班（Rimonabant，Sanofi-Aventis）與CB1相互作用分子層面的了解，至今人們對減輕CB1藥物副作用的努力收效甚微。“差不多5年前，人們還曾經認為CB1結構無法破解。”中國科學院上海藥物研究所研究員李揚在接受采訪時提及。

“這是因為CB1蛋白的表達量比較低，穩定性差，很難獲得足夠穩定的蛋白樣品進行晶體學研究。”上海科技大學iHuman研究所副所長、教授、該項目負責人劉志杰在介紹CB1研究瓶頸時表示。

揭示CB1三維精細結構

面對重重困難，劉志杰課題組的研究人員嘗試了大量不同的表達載體改造策略，與國際學術機構以及藥企合作，對不同類型的配體小分子進行篩選和針對結晶學實驗設計穩定性更好、解離速率更慢的小分子。“我們對不同的表達系統及不同的細胞系都進行了嘗試，發現它們對晶體的生長和衍射質量影響很大，這一點在之前的GPCR結構研究中，沒有引起足夠的重視。”該論文的第一作者華甜解釋道。

這項研究成功解析了CB1與小分子拮抗劑AM6538復合物的三維精細結構，分辨率達到2.8埃（10-10米）。特別重要的是，該晶體結構揭示了CB1結合AM6538的復雜疏水結合口袋（binding pocket）。后者是CB1受體中由疏水氨基酸殘基所形成的一種配體結合口袋。其形狀與配體的互補性越大，則受體與配體的親和力也就越大。

此次，劉志杰課題組“解析”了CB1與拮抗劑AM6538復合物的高分辨率精細結構，首次揭示了拮抗劑小分子是如何與受體相互作用的。“它的結合口袋以及相互作用的關鍵氨基酸，對今后設計高特異性的抑制劑類藥物提供了非常重要的結構及理論基礎，也為分析不同類型的分子配體與受體的作用模式提供了更精確的三維結構模型。”劉志杰介紹道。

更重要的是，該研究團隊發現之前發表的關于CB1的三維預測模型大部分都不是很準確，這就導致設計出來的藥物小分子的特異性不高，會同時作用于與CB1同源性較高的其他受體而產生副作用。

“作為治療抑郁癥和戒毒的潛在靶點，CB1對于抗焦慮的療效也具有潛力。它主要分布于中間神經元，從而發揮行為抑制的優勢。”李揚解釋說，“比如抑郁癥的發生，一方面是情緒中樞功能亢進，另一方面就是高級認知功能低下和行為抑制功能失控。CB1主要作用負面情緒調節，增強判斷力。”

相關藥物研究

將有所突破

“因為結構不明，所以一直以來在抗抑郁癥等領域對于CB1的關注不夠。當然，抑郁癥的發病機制比較復雜，治療途徑也包括多種通路。目前來說，國際上處于臨床一期、二期、三期在研的抗抑郁藥有幾十種，針對人體內二十多種靶點，其中CB1則屬于潛在靶點之一。”李揚表示，“劉志杰教授的貢獻會讓更多的人將注意力轉移到CB1。”

劉志杰表示，這項研究在對藥物依賴治療的研究中就將起到一定作用。“以前的研究報道，內源性大麻系統在尼古丁成癮神經機制中具有重要的作用，CB1的拮抗劑可以減少對尼古丁的渴求行為。我們的晶體結構揭示了拮抗劑小分子與CB1的復雜疏水結合口袋，AM6538非共價的緊密結合模式使其具備了成為長效緩釋藥物分子的巨大潛力，這一特性也是治療成癮障礙藥物的基本要求。”

“我們需要理解大麻在人體內的作用機制。大麻有很大的治療潛力，但也非常危險。”劉志杰指出，“進行基礎科學研究，理解大麻素受體的作用機制，我們就能用這些信息為人類造福。”