糖尿病和肥胖症是当今全球性的公共卫生负担，靶向胰高血糖素样肽-1受体（Glucagon-like peptide-1 receptor, GLP-1R）的单靶点和多重激动剂以其显著的降糖及减重疗效一跃成为“明星”药物1。GLP-1R由内源性激素GLP-1(7-36)激活进而控制血糖水平。但它在体内被二肽基肽酶4（Dipeptidyl peptidase-4, DPP-4）迅速降解，产生主要为GLP-1(9-36) 的代谢产物2。GLP-1(9-36)曾被认为无生物活性，但越来越多的研究发现，它对肝糖生成3、血糖稳态4、心血管功能5,6和神经保护7,8等具有调节作用。LSN3318839是一种小分子GLP-1R正向变构调节剂，在体外实验中能特异性地增强GLP-1(9-36)诱导的cAMP信号转导9。
近日，由王明伟讲座教授领衔的合作团队在Acta Pharmaceutica Sinica B（IF=14.7）上发表了题为“Molecular basis of enhanced GLP-1 signaling mediated by GLP-1(9-36) in conjunction with LSN3318839”的研究成果（图1），首次报道了GLP-1(9-36)–GLP-1R–Gs和LSN3318839–GLP-1(9-36)–GLP-1R–Gs复合物的冷冻电镜结构，阐明了GLP-1(9-36)独特的结合位点和受体识别模式，并揭示了LSN3318839增强GLP-1(9-36)激动效应的分子机制。该发现不仅有助于深化人们对GLP-1(9-36)生理功能的认识，还为靶向GLP-1R的药物发现提供了新的思路。
图1. 论文首页标题
通过应用纳米抗体和NanoBiT交联技术，研究人员成功解析了分辨率分别为3.00 Å和3.22 Å的GLP-1(9-36)–GLP-1R–Gs（图2）和LSN3318839–GLP-1(9-36)–GLP-1R–Gs（图3）两个复合物的冷冻电镜结构。结果表明，GLP-1(9-36)具有与GLP-1(7-36)完全不同的结合位点和识别模式：GLP-1(7-36)结合在受体跨膜结构域（Transmembrane domain, TMD）的中央位置，与第一、二、三、五和七跨膜螺旋 [Transmembrane helices 1-3 (TM1–TM3), TM5 和 TM7]、第一和第二胞外环（Extracellular loops 1 and 2, ECL1和ECL2）以及胞外结构域（Extracellular domain, ECD）形成丰富的相互作用；GLP-1(9-36)则偏居一隅，仅与TM1、TM2、ECL1和ECD产生接触（图2C和2D）。这种结合位点差异和识别模式的区别，使得GLP-1(9-36)与GLP-1R作用界面的表面积仅为1,891 Å2，远低于GLP-1(7-36)的3,316 Å2（图2D），导致其活性显著降低。后继的受体点突变实验证实了上述发现。
图2. GLP-1(9-36)与GLP-1R的分子识别模式图。(A) cAMP累积实验；(B) LSN3318839的化学结构式；(C) GLP-1(9-36)–GLP-1R与Gs复合物的冷冻电镜结构显示GLP-1(9-36)独特的结合位点；(D) GLP-1(9-36)和GLP-1(7-36)分别与GLP-1R各片段作用界面表面积的比较。
冷冻电镜结构显示，LSN3318839以变构形式结合在GLP-1R的TM1和TM2之间，与受体和GLP-1(9-36)上的残基形成盐桥、氢键、堆叠和疏水接触等来稳定互作（图3A）。值得关注的是，LSN3318839的存在促使GLP-1(9-36)的结合位点与构象重回正轨，与内源性多肽GLP-1(7-36)高度相似，同时它与GLP-1R作用界面的表面积也大幅提升至3,010 Ų（图3B），这与功能实验中LSN3318839显著增强GLP-1(9-36)激发的cAMP信号相一致。
图3. LSN3318839存在时GLP-1(9-36)的结合模式。(A) LSN3318839–GLP-1(9-36)–GLP-1R与Gs复合物的冷冻电镜结构；(B) LSN3318839结合在TM1–TM2间隙，其存在使得GLP-1(9-36)的结合模式与GLP-1(7-36)高度相似。
该论文的通讯作者为三亚深海化合物资源中心主任、复旦大学基础医学院“复旦讲座教授”王明伟和复旦大学基础医学院青年研究员周庆同，复旦大学基础医学院博士研究生李洁为第一作者，共同作者包括上海交通大学药学院海南专项硕士研究生李冠毅、三亚深海化合物资源中心研究助理麦贻婷、复旦大学基础医学院博士研究生刘晓和中国科学院上海药物研究所研究员杨德华。这项工作获得了国家自然科学基金委员会、国家科学技术部和海南省科学技术厅等机构的经费资助。
全文链接：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.apsb.2024.09.002
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