研究细胞受体的新技术可能对药物开发产生广泛影响

FDA 批准的药物中，有三分之一针对的是分布在人体细胞表面的单个受体超家族。从 β 受体阻滞剂到抗组胺药，这些必不可少的救命药物通过这些受体触发曲折的生化途径，最终防止心脏病发作或阻止过敏反应。

但科学家们发现，它们的故事比最初想象的要复杂得多——事实上，许多药物都针对一种由一种受体和一种相关蛋白质组成的复合物。现在，《科学进展》杂志上的一项新研究介绍了一种新方法，可以绘制 215 种此类受体与它们形成复合物的三种蛋白质之间的相互作用。这些发现极大地扩展了人们对这些相互作用及其治疗潜力的理解。

“从技术角度来看，我们现在可以以前所未有的规模研究这些受体，”第一作者 Ilana Kotliar 说道，她曾是洛克菲勒化学生物学和信号转导实验室的研究生，该实验室由 Thomas P. Sakmar 领导。“从生物学角度来看，我们现在知道这些蛋白质-受体相互作用的现象比最初想象的要普遍得多，这为未来的研究打开了大门。”

未知领域

这个受体家族被称为 GPCR，即 G 蛋白偶联受体。它们的附属蛋白被称为 RAMP，是受体活性修饰蛋白的简称。RAMP 有助于将 GPCR 运送到细胞表面，并且可以通过改变受体的形状或影响其位置来极大地改变这些受体传递信号的方式。由于 GPCR 很少独立存在，因此在不考虑 RAMP 如何影响的情况下识别 GPCR 就好比只知道餐厅的菜单而不查看其营业时间、地址或送餐选项一样。

“体内可能有两种细胞，其中同一种药物靶向同一种受体——但这种药物只对一种细胞有效，”理查德·M·和伊莎贝尔·P·弗劳德教授萨克马尔说。“不同之处在于，其中一个细胞具有 RAMP，可将其 GPCR 带到表面，药物可与其相互作用。这就是 RAMP 如此重要的原因。”

了解了这一点后，Sakmar 和同事们决心开发一种技术，让研究人员能够解析每个 RAMP 对每个 GPCR 的影响。这种 GPCR-RAMP 相互作用的综合图谱将大大促进药物开发，并可能解释为什么一些有前途的 GPCR 药物神秘地没有成功。

他们希望这样的图谱也能为基础生物学做出贡献，揭示几种所谓的“孤儿” GPCR 与哪些天然配体相互作用。“我们仍然不知道是什么激活了人体中的许多 GPCR，”Kotliar 说。“过去的筛选可能错过了这些匹配，因为他们没有寻找 GPCR-RAMP 复合物。”

但研究每一个 GPCR-RAMP 相互作用是一项艰巨的任务。已知有三种 RAMP 和近 800 种 GPCR，研究所有可能的组合是不切实际的，甚至是不可能的。2017 年，当时是 Sakmar 实验室研究生的 Emily Lorenzen 开始与瑞典生命科学实验室和瑞典人类蛋白质图谱项目的科学家合作，创建一种能够筛查 GPCR-RAMP 相互作用的检测方法。

一次进行数百次实验

研究团队首先将人类蛋白质图谱中的抗体与磁珠结合，每个磁珠都预先用 500 种不同的染料之一染色。然后，将这些磁珠与表达各种 RAMP 和 GPCR 组合的工程细胞的液体混合物一起孵育。这种设置使研究人员能够在一次实验中同时筛选数百种潜在的 GPCR-RAMP 相互作用。

当每个珠子通过检测仪器时，就会使用颜色编码来识别哪些 GPCR 与哪些 RAMP 结合，从而实现对 215 个 GPCR 及其与三个已知 RAMP 的相互作用的高通量跟踪。

“很多这类技术已经存在。我们的贡献是在此基础上开发出一种使能技术，”萨克马尔说。“我们开发了一种技术，可以同时测试数百种不同的复合体，从而生成大量数据，并同时解答许多问题。”

“大多数人不会从多重角度思考问题。但我们就是这么做的——同时进行 500 次实验。”

虽然这项工作是团队长期努力的成果，但科特利亚尔仍付出了巨大的努力才将其完成——在新冠疫情期间，利用难得的旅行时间从瑞典往返运送样品和稀缺的试剂。

这项成果获得了回报。研究结果为 GPCR 研究人员和药物开发人员提供了大量期待已久的资源：公开的抗 GPCR 抗体在线库、工程 GPCR 基因，当然还有映射的相互作用。“现在您可以输入您最喜欢的受体，找出哪些抗体与其结合，这些抗体是否可商购，以及该受体是否与 RAMP 结合，”Sakmar 说。

这一发现使实验中鉴定的 GPCR-RAMP 相互作用的数量增加了一个数量级，并为有助于检测 GPCR 组合和识别有害自身抗体的技术奠定了基础。

“从根本上讲，这是一个以技术为导向的项目，”萨克马尔说。“这就是我们实验室所做的工作。我们致力于开发促进药物发现的技术。”

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