速激肽是一种广泛分布于神经系统和免疫系统中的神经肽，通过激活三种速激肽受体（tachykinin receptor, NK1-3R）调控疼痛、血管舒张和激素释放等多种生理功能。三种内源性速激肽（SP、NKB及NKA）以不同的亲和力及较低的选择性激活三种速激肽受体NK1R、NK2R及NK3R。聚焦速激肽信号通路的激活机制研究，2022年7月26日，中国科学院上海药物研究所徐华强/尹万超团队联合中国科学技术大学田长麟/石攀团队成功解析了神经激肽受体NK2R与下游蛋白Gq的复合物冷冻电镜结构，揭示了内源性配体NKA选择性识别NK2R亚型的结构基础，阐明了神经激肽受体家族的独特的激活机制,相关成果发表于Cell Discovery上。
NK3R作为下丘脑-垂体-性腺轴调节中一个较为重要的受体，广泛分布于中枢和外周。研究发现，NK3R功能失调会影响包括体液平衡和抗利尿激素释放、心血管功能、运动、疼痛、精神状况、温度调节和生殖等许多生理功能。NK3R能以较高的亲和力被内源性配体速激肽B(NKB)所激活，其次是P物质（SP）及速激肽A（NKA）。Senktide是基于SP改造出的对NK3R具有高亲和力及特异性的多肽配体。然而，速激肽及其类似物senktide与速激肽受体3的激活机制仍然未知，这限制了针对NK3R的药物开发。
2023年6月30日，该联合团队再次在Cell Discovery在线发表题为“Structural insights into neurokinin 3 receptor activation by endogenous and analogue peptide agonists”的研究论文，成功解析了NKB、SP和senktide分别结合NK3R-Gq复合物的冷冻电镜结构，分辨率分别为2.8埃，2.9埃和3.0埃，该结构也是最后被解析的速激肽受体家族成员的高分辨结构。基于获得的高质量结构，研究人员探究了速激肽类激动剂共有保守基序与受体NK3R的作用机制。结构分析发现，速激肽NKB、SP及其类似物senktide序列中C端较为保守的氨基酸基序（-Phe-Xaa-Gly-Leu-Met-NH2）与NK3R跨膜区的残基之间形成广泛的相互作用；NK3R的正性结合口袋参与此共有保守基序互作的主要包括来自跨膜区的残基N1422.61、I1663.33、 Y3156.51、F3196.55、 N1382.57和Y3387.35。进一步的突变和功能实验，验证了这些互作在配体与受体的激活以及传递下游信号至关重要。
速激肽NKB、SP及其类似物senktide序列的N端氨基酸差异较大，推测其差异性导致多肽不同的亲和力，senktide的N端琥珀酰修饰的天冬氨酸可与NK3R的ECL3，ECL2及N端形成稳定的相互作用，N端氨基酸替换实验表明将该氨基酸突变为SP中对应的谷氨酰胺后功能实验显示亲和力显著下降。文中揭示的NK3R与内源性速激肽SP、NKB及其类似物senktide的结构和功能特性之间的相关性将有利于进一步合理开发针对NK3R的具有更高选择性的药物。
该研究成果阐明了内源性肽激动剂NKB和SP以及SP类似物senktide对NK3R的详细激活机制，为理解NK3R肽识别选择性的机制提供了重要的结构模板，并为设计针对NK3R的候选药物提供了线索。
本研究的第一作者为中国科学技术大学博士研究生孙文静、特任副研究员杨帆、博士研究生张欢欢, 以及上海市高峰电镜中心执行主任袁青宁。中国科技大学田长麟教授和石攀副教授，上海药物所徐华强研究员，上海药物所/中科中山药物创新研究院尹万超研究员为共同通讯作者。上海市高峰电镜中心参与该项研究部分冷冻数据的收集。该研究获得了包括上海市重大科技专项、国家自然科学基金委、国家卫健委重大科技专项、国家重点基础研究计划等经费的资助。
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00564-w
