中国药科大学于烨等团队合作最新Nature子刊

P2X受体是一个由细胞外ATP激活的配体门控离子通道亚家族，参与多种生理病理过程，包括炎症、疼痛感知、免疫和呼吸调节。利用晶体学和低温电镜技术进行的结构测定表明，不同物种的不同P2X亚型的细胞外三维结构非常相似，这极大地促进了对P2X激活机制的理解。然而，结构研究得出不同亚型(如P2X3和P2X7)在载脂蛋白状态下的胞内结构域(ICD)的矛盾结构，ICD在P2X功能调节中的作用尚不清楚。

2024年9月3日，中国药科大学于烨、汪津，广西师范大学王恒山共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Finely ordered intracellular domain harbors an allosteric site to modulate physiopathological function of P2X3 receptors”的研究论文，该研究提出P2X3受体的ICD具有类似于开放状态的载脂蛋白状态构象，但具有不那么紧张的结构，包含影响P2X3生理和病理作用的变构位点。

通过共价占有、工程二硫键和电压钳荧光测定，研究发现ICD可以与P2X3的跨膜结构域进行协调运动，从而促进通道激活。此外，发现了一个新的P2X3增强子PSFL77，并发现了它位于ICD的1α3β结构域的潜在变构位点。PSFL77调节P2rx3+/+小鼠的痛觉，但在P2rx3−/−小鼠中没有，这表明1α3β，一个“可调”的区域参与了P2X3功能的调节。因此，当P2X3处于载子状态时，其ICD结构是相当有序的，而不是无结构的向外折叠，从而实现了P2X3受体信号传导的变构调节。

离子通道的胞内结构域(ICD)对通道活性和信号转导的调节至关重要。细胞内的内源性和外源性物质直接激活了几种离子通道。这些通道包括由环核苷酸激活的环核苷酸门控通道(CNG)，由细胞内二磷酸腺苷核糖(ADPR)和钙离子激活的瞬时受体电位TRPM2受体，以及TRPA1在N端丰富的半胱氨酸残基，使其能够感知芥末油、肉桂醛和其他化学物质。ICD经常能够直接与影响通道功能的其他蛋白质相互作用。NMDA受体介导的神经毒性的一种机制是TRPM4与NMDA受体的细胞内相互作用。ICD还提供离子通道的离子渗透无关的信号通路，例如，TRPM7通道的ICD包括一个激酶区域，赋予TRPM7离子通道和激酶双重功能。酸感离子通道(ASIC1a)通过其C端与受体相互作用蛋白激酶1 (RIPK1)相互作用，促进酸性神经元坏死。

P2X受体是一类非选择性阳离子通道，可检测从纳摩尔到毫摩尔的细胞外ATP水平。P2X共有7种不同的亚型(P2X1-7)，每一种亚型都由3个亚基组成，位于同一或异源三聚体中。P2X受体存在于高等和低等生物的许多组织中。它们在多种生理和病理过程中发挥作用，如突触传递、炎症、神经性疼痛、慢性咳嗽、血压控制和免疫调节。因此，P2X受体作为一种尖端的治疗靶点引起了人们的极大兴趣。其中，P2X3受体有可能成为治疗子宫内膜异位症、神经性疼痛、高血压、特发性间质性肺纤维化和慢性咳嗽的新靶点；P2X4受体，用于治疗酒精使用障碍和神经性疼痛；以及P2X7受体，用于治疗类风湿性关节炎、神经痛以及各种精神疾病和神经退行性疾病。

P2X3受体在不同状态下的ICD结构示意图（图源自Nature Communications）

近年来，通过X射线衍射或单粒子冷冻电镜(cryo-EM)方法，研究了来自高等或低等生物的约30种P2X受体的结构。从这些结构中发现P2X具有非常保守的三维胞外结构和几乎相同的门控机制。值得注意的是，七种P2X受体亚型的细胞内末端(N-和C-末端)序列不同，特别是C-末端，其长度从最短的P2X4的41个氨基酸到最长的P2X7的240个氨基酸不等。这种长度的变化可能导致P2X受体的ICD组装不同，并可能导致亚型间的功能变异。在可用的P2X结构中，只确定了大鼠P2X7 (rP2X7)受体在载脂蛋白和开放状态下的ICD结构，以及hP2X3在开放状态下的ICD结构。P2X7受体的N端和C端折叠在一起，形成“细胞质帽”结构和独特的GDP结合域。值得注意的是，通过电压箝位荧光法(VCF)对P2X7受体的开放和封闭结构以及荧光变化的比较表明，在通道门控过程中，P2X7受体的ICD几乎没有发生构象变化。此外，人类P2X3 (hP2X3)受体的开放晶体结构与P2X7的开放晶体结构采用类似的ICD组装。然而，在hP2X3受体的载子结构中缺少ICD的结构，并且假设P2X3的ICD与P2X7在载子状态下的折叠方式不同。这个假设在一定程度上是合理的，因为P2X7的序列长度不同于其他P2X亚型，包括P2X3。然而，P2X3的ICD是否确实在载脂蛋白状态和开放状态下明显采用尚不清楚。

当用结合抑制剂AF-219对静止状态下的hP2X3晶体结构进行细化并发现一个向内折叠的ICD时，对这一点的怀疑得到了加强。同时，P2X3的ICD在通道门控中的作用机制以及ICD如何参与P2X3的生理病理功能调控尚不清楚。研究认为P2X3受体的ICD可能与跨膜区域协调移动并促进通道激活。研究还发现了新的P2X3受体增强子PSFL77，它作用于P2X3的ICD。利用PSFL77作为化学工具，结合工程二硫键和荧光非天然氨基酸(flUAA)发射光谱的变化，研究发现P2X3受体的ICD在载脂蛋白状态下采用了一个组装良好的开放状态，但略有不同的构象。此外，PSFL77能够影响野生型(WT)小鼠的伤害感受，但在P2X3敲除动物中却没有，这表明ICD在P2X3受体信号传导中的变构调节可能起作用。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-51815-7