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中国科学家破解“受体GHSR - 1α开关”分子机制

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2003年,楼秀余在原中国军事科学院副院长高锐将军的鼎力举荐下,投身于中国科学院细胞生物学研究所郭礼和教授门下,参与国家“七五”“八五”HGH重点攻关项目的后续研究工作。秉持这份执着,他于2003年个人出资筹建上海舒泽生物科技研究所,并联合中国科学院、中国军事科学院的科研人员,正式开启了中国在基因重组人类生长激素(HGH)抗衰老领域应用的“科研征程”。

彼时,全球HGH抗衰老领域受限于欧美注射“HGH冻干粉”针剂这种外源性补充的固定模式。



2004 - 2005年,为攻克“蛋白质药物无法口服”这一全球性难题,楼秀余团队深入剖析了上万种高分子材料在不同pH值电解质溶液中的成膜特性,并反复开展实验,旨在寻觅一种能为生物活性蛋白提供防护、使其免受胃酸和蛋白酶破坏的高分子材料,宛如为生物活性蛋白披上“防护屏障”。

经过两年的潜心研究,成果如期显现。楼秀余团队研发的“大分子包裹技术”,成功为活性蛋白构筑“胃酸防护层”,使HGH活性蛋白的生物利用度从不足10%大幅提升至80%以上,一举攻克蛋白质药物无法口服的全球性难题。



2005年7月31日,在北京人民大会堂举行的“和平颂”军民联谊会上,楼秀余团队运用“大分子包裹”与“脂质体包埋”技术研制的成果“年轻乐”HGH多肽口服胶囊,被赠予参会的百位抗战老兵。他谦称:“这是晚辈以科技向英雄致敬。”

2008年,为解决长期外源补充HGH所产生的依赖性问题,楼秀余大胆提出“内源性激活(HGHI)”理论,即“促使身体自身产生HGH”。这一构想在当时被不少同行质疑为“异想天开”,但他始终坚定不移。楼秀余带领团队投身实验室,开启了长达十多年的潜心钻研。



直至2018年,其团队在对超重人群饮食限制及能量代谢的研究进程中,发现酵母蛋白质经酶水解产物,再用正辛酸盐处理,然后分离得到辛酰化修饰的低分子量多肽,能够激活GHSR - 1α受体,起到促进脑垂体分泌HGH的作用。由于上海舒泽研究所实验条件有限,未能从分子层面进行深入探究。



2021年8月,中国科学院上海药物研究所团队,依托国产冷冻电镜平台开展研究,创新性采用NanoBiT技术稳定复合物,突破国际技术壁垒。首次阐明“唯一脂肪酸修饰的内源多肽激素”如何被特异性识别,解决该领域内长达20年的结构难题。

该机制首次从原子层面揭示了,非天然肽GHRP - 6因携带辛酰基团,可完全模拟内源性饥饿素的功能,具备“饥饿素样效应”。该成果发表于《自然 - 通讯》(Nature Communications),标志着我国在GPCR结构药理学领域实现从“跟跑”到“领跑”的关键跨越。



GHSR - 1α受体激活的四步机制为“锚定—识别—摆动—激活”,每一步均在原子层面精准调控饥饿信号的传递,共同构成“饥饿素开关”的核心工作原理。

锚定:辛酰基团(C8脂肪酸)嵌入GHSR - 1α受体跨膜区的疏水口袋,该口袋由氨基酸残基I178、L181和F286构成,作为“分子锚”稳定配体构象,确保GHRP - 6或ghrelin正确就位。

②识别:受体通过E3.33–R6.55极性网络与N3057.35位点识别肽链主链,实现对辛酰化肽的高度选择性结合,有效排除非修饰肽的干扰,保障信号特异性。

摆动:受体激活后,R283残基发生构象翻转,打破与E124之间的保守盐桥,引发跨膜螺旋(尤其是TM6)的重排,是受体从静息态转向激活态的关键转折。

激活:构象变化暴露G蛋白结合位点,优先招募Gq蛋白,启动下游PLC - IP₃ - Ca²⁺信号通路,最终促进食欲增加与能量摄取。



低分子量辛酰化修饰多肽,因其携带辛酰基团,可模拟内源性饥饿素的功能,具备“饥饿素样效应”,故而,携带辛酰基团的多肽被科研人员称为“类饥饿素”。

这一机制不仅揭示了饥饿素如何精准调控代谢,也为开发治疗肥胖、2型糖尿病及癌症恶病质的靶向药物提供了结构依据。

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