新年伊始，生命科学领域捷报频传。坐落于张江科技园核心区的上海科技大学也迎来了“开门红”——该校iHuman研究所领衔的科研团队首次成功解析了人源大麻素受体CB2与新型拮抗剂复合物的三维精细结构，揭示了配体对受体的精细调控方式，为免疫调节类疾病、炎性神经痛、肿瘤等疾病的药物研发提供了极为重要的结构理论基础。
为了这项研究，iHuman研究所博士研究生李潇婷在临近毕业时主动选择了延期，她告诉记者，是自己当时的“不将就”，才成就了今天的圆满。
图说：免疫化学研究所和iHuman研究所团队合影来源/上海科技大学供图
G蛋白偶联受体作用大
花的芳香、美食的味觉、美景的感官享受……人无时不刻都在接收外界的各种刺激。这都是通过细胞膜上的G蛋白偶联受体（GPCR）转化为细胞内的信号，进而引发一系列的生理反应的结果。GPCR负责了80%的跨细胞膜信号的接收和转导，也是最重要的药物靶标。目前约40%的上市药物是以GPCR为靶点的。
“从事靶向GPCR药物研发的科学家都有这么一个梦想：那就是摆脱‘撞大运’式的海量筛选，能够在了解目标GPCR精细结构的基础上，‘量身定制’特异性高、副作用小的特效药。”iHuman研究所执行所长、生命学院教授刘志杰表示。
可要知道，GPCR是结构生物学研究领域里最难啃的“硬骨头”之一：GPCR是膜蛋白，构象又很不稳定，它的表达、纯化、结晶都非常困难。因此，尽管国际上众多科研人员进行了多年的不懈努力，到目前为止仍然只解析出了50多个独特的GPCR三维结构，而GPCR的家族成员有位！
刘志杰告诉记者，正是认识到了细胞信号转导研究的巨大科学意义和社会效应，iHuman研究所选择了与成瘾、情绪、代谢和癌症相关的GPCR作为研究目标。“可喜的是经过近6年的持续努力，我们已经获得了一系列突破。”刘志杰说，“我们成功解析了人源大麻素另一个受体CB2的三维精细结构，揭示了小分子拮抗剂与CB2的结合及调控方式。”
图说：与小分子结合的大麻素受体CB2和CB1，及其外周免疫细胞和神经细胞的艺术展现图，以展示其对神经和免疫系统的精准调控
来源/JulieLiu设计并绘制
探索免疫调节类疾病重要靶点CB2
我国是种植和使用大麻最早的国家，其被用于生活、医药、宗教和娱乐已有数千年历史。早期药书《神农本草经》及《本草纲目》中就有关于大麻的医药和保健用途的大量记载。
植物大麻中含有几十种有效成份，这些有效成份具有很高的药用价值。“年在欧美上市的治疗儿童癫痫病的新药中的主要有效成份大麻二酚就是大麻中的主要成份之一。”刘志杰举例。
大麻中比较有名的致幻成份——四氢大麻酚主要作用于人体中的大麻素受体CB1和CB2。CB1分布于全身且是中枢神经系统中分布最广的GPCR之一，而CB2则主要存在于人的免疫系统中，在中枢神经系统中也有少量分布。“CB2是治疗免疫调节类疾病、炎性神经痛、神经性炎症和神经退行性疾病等的重要靶点。”刘志杰表示。
过去几年，刘志杰团队已经系统研究了大麻素受体CB1在拮抗剂和激动剂调节下的三维结构和构象变化规律。尽管CB1与CB2之间氨基酸序列的同源度达到44%，但两个受体无论在体内分布还是在调控的生理功能上均存在较大差异。揭示CB2的三维精细结构及与配体分子的相互作用机制，以及其与CB1在协同调节人体内源性大麻素系统中的相互关系，既是一个重要的科学问题，也是一项对众多疾病的新药研发具有重要意义的科学实践。
大麻素受体系列研究再突破
为攻克CB2受体结构及调控机制，研究团队在前期工作的基础上首先通过突变位点预测和大量表达载体筛选，经过多轮反复优化获得了高质量的CB2蛋白样品，然而产生出的晶体衍射能力较弱。
为了提高晶体衍射质量，研究团队又进一步筛选了几十个不同来源的小分子配体，并与美国东北大学的团队合作设计了CB2新型拮抗剂，最终获得衍射能力极强的棒状晶体。
然而，由于晶体在一个方向衍射能力较强而长轴方向衍射能力相对较弱，给数据处理和结构解析带来很大挑战。“为了克服这一困难，我们调整和优化了实验策略，同时对收集到的大量衍射数据进行严格筛选和分类，终于了解了新型拮抗剂与CB2的相互作用模式。通过与CB1三维结构的比对分析，发现同处于拮抗状态下的CB2与CB1结构差别极大。”刘志杰介绍，“CB1和CB2两种受体间的阴阳平衡关系是否对人体生理功能的精确调控具有特殊的生理意义，是一个值得我们进一步深入探究的重要科学问题”。
这次研究成果也是iHuman研究所科研团队继成功揭开了大麻素受体CB1的“阴阳双面”后，在大麻素受体系列研究中的又一重大突破。该研究成果将极大推动靶向大麻素受体CB1和CB2的特异探针设计，实现对人体内非常重要的大麻素系统的精准调控，为探究众多疾病的发生和发展机理以及靶向性新药的研发具有重要意义。
为研究主动延期毕业
为了这项研究，博士研究生李潇婷在临近毕业之时主动选择了延期。“CB2受体作为G蛋白偶联受体超家族的成员，非常娇贵，从表达载体构建、细胞培养，到蛋白纯化、结晶等每一环节都需要格外经心。”李潇婷告诉记者，“真正的考验是在年4月份转博之后——在接下来的一年中，有的同学硕士毕业，也有同学开始准备课题文章的发表，而我在CB2课题上还没有突破性的进展，感觉自己的努力得不到理想的结果。”
好在年3月，李潇婷获得了CB2受体的蛋白晶体。“那时感觉自己攻克CB2受体结构在即，按时毕业在望。”可现实还是给她泼了一盆冷水，之后近半年的时间里，晶体优化没有任何进展。
到底是坚持使用同一克隆继续优化晶体，还是重新设计表达载体？到底是整理发表阶段性的成果按时毕业，还是选择为获得高分辨率的CB2结构再做更多的努力？经过审慎考虑，这个追求完美的姑娘选择了后者。“做科研不但需要坚持，有时更需要理智地割舍。”结果是喜人的，又是半年光景，李潇婷和团队如愿以偿揭开了CB2结构的神秘面纱。
iHuman研究所副研究员华甜评价道：“人体的内源性大麻素系统是一个非常神奇的调控系统，它参与很多生理过程的调控且与众多疾病密切相关。我们在研究过程中不断发现它令人意外的奇妙特性。目前我们的研究已经深入到更加复杂的下游信号转导机制和相关的药物研发上。非常希望我们努力的成果能为人类健康做一份贡献。”
该成果今日凌晨在国际顶尖期刊《Cell》（细胞）上发表，上科大级硕博连读研究生李潇婷、iHuman研究所副研究员华甜为论文共同第一作者，iHuman研究所执行所长、生命学院教授刘志杰为通讯作者，上科大为第一完成单位。“是上科大和iHuman研究所丰富的科研资源、先进的指导模式及国际化的培养理念造就了我。”李潇婷表示。
“CB1的减肥药利莫那班竟然也能拮抗饶院士团队同期发表的结核分枝杆菌的药物靶标膜蛋白MmpL3。历史上虽然不乏这种科学发现中的偶然巧合的例子。但想不到它竟然发生在了自己身边。”刘志杰连呼惊喜。
新民晚报见习记者郜阳