肾上腺素的靶器官有哪四种
近日，来自德国埃尔兰根-纽伦堡大学、加州大学旧金山分校、香港中文大学科贝尔卡药物创新研究院等高校的研究人员经过大规模虚拟筛查、药理学、药代动力学实验，
发现了以a 2 A肾上腺素受体为靶点的新小分子激动剂。
与传统的a 2 A药物相比，这些新型药物在镇痛剂量下不引起镇静，可口服，大大增加了其在疼痛治疗中更广泛使用的可能性。
该研究也证明a 2 A肾上腺素受体的镇痛和镇静效果可通过某些药物来区分。
此次药物前体的开发，可以说给非阿片类药物疼痛治疗带来了新的光明。
未来新型小分子化合物，或后续进一步优化的小分子药物，具有一定潜力成为新型镇痛药物直接应用于临床。
其中，来自清华大学、现获2012年诺贝尔化学奖的斯坦福大学医学院分子与细胞生理系教授布莱恩考维尔卡项目组从事博学研究的徐俊博士，是相关论文的合著。
写真|徐俊
对开发非阿片类止痛药具有潜在的临床意义
据介绍，g蛋白偶联受体是人体内最大的细胞表面受体家族，通过感知细胞外多种信号分子、各种神经递质、多肽、脂质甚至光和气味，向细胞内传递细胞外信号，调控细胞特定的生理变化
该家族受体广泛分布于人体各部位，参与人体几乎所有生理和病理过程，一直以来都是非常重要的药物靶点。
据统计，市场上有30-40%的药物以GPCR为靶点。
GCR的信号转导需要细胞内的信号蛋白分子介导。
g蛋白和阻遏蛋白arrestin是结合两种主要GPCR并能向细胞下游传递信号的蛋白分子。
近年来的研究表明，这两种信号通路的激活往往会引起不同的生理反应。
对药物分子来说，它通过激活GPCR，发生多种生理反应来发挥药效。
但同时也会产生各种副作用。
因此，学术界正在尝试开发具有功能选择性或偏向性的配体药物。
受体被该药激活后，可以选择性地结合下游的某些特定信号蛋白。 例如，只激活g蛋白，不激活阻遏蛋白，只会产生发挥药效的生理反应，但可以避免其他信号通路的不良反应。
以阿片受体为例，激活g蛋白信号通路可获得较好的镇痛效果。
但阻遏蛋白信号通路会产生呼吸抑制、便秘等不良反应。
同时，阿片还有中毒等副作用。
疼痛是所有疾病中最常见的症状之一。
研究表明，疼痛已成为继心脑血管疾病、肿瘤之后的第三大健康问题，严重影响着人们的健康和生活质量。
阿片类药物是最有效、最常用的疼痛治疗药物。
但由于其不良反应过于明显，过去10年因滥用阿片而死亡的人数增加了近4倍。
因此，科学家们正在努力开发更安全有效的阿片类药物，以期在保持镇痛效果的同时减少各种副作用。
偏向性配体药物的开发是其重要方向之一。
同时，学术界针对新的镇痛靶点，正在尝试开发更安全有效的非阿片类药物。
作为一种GPCR，a 2 A肾上腺素受体能感知人体重要神经递质肾上腺素和去甲肾上腺素，广泛分布于人体外周器官和中枢神经系统，可调节一系列重要生理功能。
包括血压、血糖、心率等。
同时，在中枢神经系统的激活，可带来缓解疼痛的效果，是潜在的镇痛靶点。
传统的a 2 A激动剂如右旋咪唑有一定的镇痛效果。
但其镇静作用过强，存在不能口服的缺点，限制了其作为临床镇痛药的使用。
初步研究表明，敲除阻遏蛋白arrestin可减弱a 2 A药物的镇静作用。
因此，开发只激活g蛋白的偏向配体，或许能保留镇痛作用，避免或降低镇静效果。
在此基础上，徐俊和所属团队开展了该靶点a 2 A肾上腺素受体药物开发的研究。
为了寻找这种潜在的、具有特殊生物学功能的新激动剂，他们采用分子对接的方法，对与a 2 A同家族的a 2 B肾上腺素受体进行了大规模的计算机虚拟筛选实验。
至此，清华大学医学院团队解析的a 2 B肾上腺素能受体和右咪唑的原子分辨率三维结构，清晰地解释了药物分子右咪唑的结合口袋及其与受体的结合模式。
[1]。
清华团队解析的结构也为这次徐俊及其合作者的虚拟筛选实验提供了细致的模板。
他和所属团队从约3亿个小分子虚拟文库中筛选出了48个评价较高的小分子。
幸运的是，初步药理学实验显示其中63%的小分子与a 2 B有较强的结合能力，35%的小分子与a 2 A有较强的结合能力。
项目组感到惊讶的是，其中结合能力较强的几种小分子激动剂均表现出一定的功能选择性，即只激活g蛋白，但募集阻遏蛋白arrestin的活性较弱。
他们还利用冷冻电镜技术分析了其中两个功能选择性小分子和a 2 A的精细三维结构，揭示了其作用模式，并以此为模板进行了进一步优化，得到了结合能力更强且功能选择性更好的类似物。
后续动物实验表明，在神经性和炎症性疼痛的小鼠模型中，这些新型小分子激动剂均显示出良好的镇痛效果。
另外，与右旋咪唑相比，可以口服，不会引起镇静作用。
近日，相关论文以《基于结构开发靶向 2A -肾上腺素能受体的非阿片类镇痛药》 为题发表在Science 上[2]。
图| 相关论文
徐俊、美国加州大学旧金山分校博士生伊丽莎芬克、德国埃尔朗根-纽伦堡大学博士哈拉尔德哈布纳等担任共同一作。
德国埃尔朗根-纽伦堡大学化学与药学系彼得格梅纳教授、美国加州大学旧金山分校药学院布莱恩肖伊切特教授、香港中文大学医学院/科比尔卡创新药物开发研究院杜洋教授等担任共同通讯作者。
评审专家表示，这项研究运用多个不同的跨学科方法，针对a 2 A 肾上腺素受体展开了药物筛选、药理学以及结构生物学等研究，这些实验数据令人印象深刻，新型小分子药物的发现和前期的实验结果非常新颖，
对非阿片类止痛药的开发具有潜在的临床意义。
并评价称，这是一项结合了大规模筛选、药物化学、结构生物学、体外和体内药理学的综合性研究。
描述了在小鼠疼痛模型中鉴定出具有体内止痛功效的a 2 A 受体激动剂。
论文数据揭示，新型化合物具有将镇痛作用和镇静效果分离的潜力。
3 所学校、1 个研究
据介绍，该研究经历了小分子筛选及药理学研究、结构生物学研究及小分子优化、体内动物实验等阶段。
因为疫情的原因，徐俊在三所不同学校，参与并开展了三个不同阶段的研究。
第一阶段，徐俊在清华大学医学院读博期间，就开始和实验室的师兄袁道鹏博士开展Alpha 2 受体、及其下游信号蛋白复合物的结构研究，以更好地理解其信号传导机制、并开展药物研发工作。
他们同时研究了Alpha 2 A 和Alpha 2 B 两个亚型。
其中，袁道鹏博士与合作者首先得到了Alpha 2 B 与右旋咪唑的高分辨冷冻电镜结构。
刚拿到结构模型的时候，徐俊的导师Brian Kobilka 教授，建议利用该结构进行计算虚拟筛选。
对于该结构来说，它是当时冷冻电镜解析的最高分辨率的GPCR、与下游G 蛋白的复合物结构。
因此在论文发表之前，他们便将结构模型发送给了加利福尼亚大学旧金山分校教授Brian Shoichet 实验室进行分子对接实验。
与此同时，徐俊这边继续进行Alpha 2 A 有关的结构研究。
2019 年底， 课题组完成了虚拟筛选，并由德国埃尔朗根-纽伦堡大学教授Peter Gmeiner 课题组完成了前期的药理学实验。
结果发现，在筛选的小分子中，其中多个具备非常好的体外活性和功能选择性。
2020年初，正值新冠疫情爆发，徐俊也因为刚刚毕业而无法返回清华继续开展实验，同时也无法前往美国开展博后研究。
这时，他的导师Brian Kobilka 教授建议他去香港中文大学科比尔卡药物创新研究所，从事一段过渡性研究。
“此时，我们实验室的前同事杜洋博士刚刚在港中深建立起自己的GPCR 结构药理学实验室，这为该课题的后续研究打下了坚实的基础。
”徐俊表示。
在此期间，他们不仅解析了Alpha 2 A 受体、与其内源性配体去甲肾上腺素、以及右旋咪唑等传统Alpha 2 激动剂的高分辨结构，也针对刚刚筛选出来的新型小分子化合物，完成了结构解析工作，
阐释了其与受体的识别机制，并基于新的结构信息做了进一步的小分子优化工作。
“在完成结构生物学研究和优化之后，这时主要由加州大学旧金山分校的Allan Basbaum 课题组开展动物实验，并对小分子在体内的活性进行研究。
”徐俊表示。
而在此时，徐俊也已经来到斯坦福大学医学院开始博士后研究。
在那里，他和大家一起完成了数据分析、论文撰写、投稿等。
在后续工作上，一方面针对已有的小分子，合作团队正在进一步开展优化、以及后续的临床实验，以期能够推向临床应用，针对这些小分子也已经申请美国专利。
另一方面，尽管已有的冷冻电镜结构提供了初步的结构基础。
但是，对于新型激动剂功能选择性的分子机制，这些静态的结构还解释得不够清楚。
除此之外，目前的这些激动剂都不具备亚型选择性，即它们可以同时激活Alpha 2 A、2 B、2 C 受体，这可能会导致一些副作用。
因此，开发具备亚型选择的小分子，也是他和所在团队正在努力的方向。
据介绍，徐俊本科毕业于华中科技大学生物技术专业，毕业后被保送至清华大学攻读生物学博士学位。
期间，他有幸加入到2012 年诺贝尔化学奖得主Brian Kobilka 在清华的实验室开展GPCR 的动态结构研究。
因在博士期间的优异表现，毕业后受到Brian Kobilka 教授邀请，前往其在斯坦福大学医学院的实验室进行博后训练，继续从事有关GPCR 结构、动态以及药物研发的工作。
目前，徐俊正利用各种生物物理手段，比如液体核磁、单分子荧光能量共转移、电子双共振等，继续研究这些小分子对受体、以及下游复合物结构的动态调控，以期更好地了解其作用机制，从而为继续优化小分子提供理论指导。
参考资料：
1.D. Yuan, Z. Liu, J. Kaindl, S. Maeda, J. Zhao, X. Sun, J. Xu, P. Gmeiner, H. Wang, B. K. Kobilka. Activation of the 2B adrenergic receptor by the sedative sympatholytic dexmedetomidine. Nature Chemical Biology. 2020 March 09.
2.Fink, E. A. Xu, J. Hbner, H. Braz, J. M. Seemann, P. Avet, C. Gmeiner, P. (2022). Structure-based discovery of nonopioid analgesics acting through the 2A-adrenergic receptor. Science, 377(6614), eabn7065.
3. J. Xu, S. Cao, H. Hbner, D. Weikert, G. Chen, Q. Lu, D. Yuan, P. Gmeiner, Z. Liu, Y. Du. Structural insights into ligand recognition, activation and signaling of the 2A adrenergic receptor. Science Advances. 2022, March 4.