2023年2月21日，生物治疗国家重点实验室邵振华研究员/颜微副研究员团队，联合魏霞蔚研究员团队、东南大学柴人杰团队在Nature Communications（IF：17.694）杂志在线发表了题为“Prospect of acromegaly therapy: molecular mechanism of clinical drugs octreotide and paltusotine”的研究论文。该研究探究了靶向生长激素抑制素受体（Somatostatin Receptor, SSTR）治疗肢端肥大症的临床多肽类药物octreotide和小分子药物paltusotine的药理学特征；结合结构解析和细胞药理学实验，揭示了两种类型药物与SSTR2结合的异同点，阐述了受体功能性信号转导与疾病治疗的关系，为针对SSTR2信号通路开发靶向药物提供了新思路。
神经内分泌肿瘤（NETs）通常由激素分泌过多引起，导致复杂的临床综合征和疾病。垂体分泌过量生长激素（GH）会引起垂体腺瘤，进而可引发肢端肥大症。这是一种慢性全身性疾病，可诱发心血管、代谢等并发症。研究表明生长激素抑制素G蛋白偶联受体（SSTR2）在NETs中表达丰度高，其介导的信号通路可调控体内激素水平，是非常重要且关键的NETs治疗靶点。目前临床使用药物是SST多肽类药物（如octreotide），该类药物对5种SSTR亚型受体特异性不强，易产生耐药等副反应，约30%的患者无法得到治疗。近期，美国Crinetics公司发现了一种小分子类药物paltusotine，正在开展临床3期试验，展现出显著的治疗效果。面对尚未满足的临床需求，本研究针对两种类型药物的药理学特点、作用机制及介导受体功能性信号通路等方面开展了深入研究。
研究者首先对octreotide和paltusotine的药理学特征进行了探究，通过信号转导和免疫荧光实验等，发现两类药物对细胞中cAMP积累水平相当；然而，随着药物浓度和时间增加，和小分子药物相比较，多肽类药物octreotide通过β-arrestin招募显著增加了SSTR2受体的内吞现象，减少了细胞膜上的受体数量。该现象暗示着多肽类药物副反应可能与受体β-arrestin招募有相关性，有趣的是，这与前期报道的临床数据结论一致，患者病灶区组织的β-arrestin表达低与治疗效果有直接相关性。
接着，研究者通过冷冻电镜技术解析了SSTR2识别两类药物的三维结构，揭示了两类药物与受体作用的分子机制，一方面，阐明了小分子药物paltusotine对SSTR2的高选择性，更重要的是，研究者基于药物的构效关系分析，揭示出受体介导功能性信号的分子基础。从结构中发现，和小分子药物识别模式不同，octreotide包含extended region特征，与受体胞外区域形成了广泛相互作用。研究者通过一系列的信号转导实验，发现胞外区关键残基N2766.55、I284ECL3 、K2917.32 和F2947.35 与octreotide介导β-arrestin招募密切相关。同时，发现paltusotine占据了受体中的minor pocket，发现T19445.51和V1032.64是设计高选择药物的关键位点。
研究团队发现octreotide和paltusotine能够引起垂体瘤细胞的凋亡，且使用paltusotine处理细胞凋亡率高于octreotide，这也表明该小分子药物可能通过促进肿瘤凋亡在临床治疗肢端肥大症和NETs中发挥更好的作用。
图1：1）肢端肥大症通过影响生长激素释放在身体各个区域产生不同的症状。上市多肽类药物octreotide和临床三期小分子药物paltusotine目前被用于或期望用于肢端肥大症的治疗（浅黄背景）；2）这两种药物主要通过与细胞膜表面G蛋白偶联受体SSTRs相互作用，激活其下游G蛋白信号以及β-arrestin信号通路。不同药物对这两种信号通路的激活强度的差异可能影响药物治疗效果与适应症。octreotide和 paltusotine激活5种SSTR亚型受体的Gi信号比较（浅绿背景）；octreotide和 paltusotine激活SSTR2的Gi信号、β-arrestin信号、Elisa及Bystander BRET、免疫荧光方法检测细胞膜表面SSTR2表达量（粉色背景）；3）T19445.51和V1032.64与paltusotine介导的SSTR2选择性相关（浅蓝背景）；4）N2766.55、I284ECL3 、K2917.32 及F2947.35 与octreotide介导β-arrestin招募相关（浅紫背景）；5）流式细胞术检测octreotide和paltusotine能够引起垂体瘤细胞凋亡。
综上所述，本研究探究了治疗肢端肥大症的多肽类药物octreotide和小分子药物paltusotine的药理学特征，揭示了SSTR2识别多肽类药物和小分子药物的分子机制、受体亚型选择性和下游信号偏向性机制，以药物药理机制和受体机制为基础，对靶向GPCR的有效药物发现提供了新的思路。
我院邵振华研究员、魏霞蔚研究员、颜微副研究员以及东南大学柴人杰教授为论文的共同通讯作者。我院博士后赵杰，研究生付宏、于靖靖、洪伟芪、田孝文，东南大学博士后齐洁玉为该论文的共同第一作者。该项目得到了国家基金委、科技部、省科技厅、我院135项目等资助，也得到了我院冷冻电镜平台和南方科技大学冷冻电镜中心的大力支持。
