心肌肥厚以心肌質(zhì)量增加為特征，是對(duì)高血壓和瓣膜疾病等病理刺激的一種適應(yīng)性反應(yīng)。但持續(xù)的心肌肥厚可能加重心力衰竭，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量和生命健康。臨床上，目前用于治療心肌肥厚和心衰的藥物包括β受體阻滯劑、ACE抑制劑、血管緊張素II受體拮抗劑和利尿劑等，這些藥物通過擴(kuò)張血管、降低體液容量、減少心臟收縮負(fù)荷等方式緩解心肌肥厚和心衰的癥狀，但臨床療效仍有待提高。研發(fā)更有效的心肌肥厚和心衰治療藥物成為當(dāng)前科研工作者的重要攻堅(jiān)方向。

A類G蛋白偶聯(lián)受體（APLNR）是apelin的內(nèi)源性受體，激活A(yù)PLNR可起到增加心輸出量、舒張血管、抗炎和抗氧化等保護(hù)作用，減輕心肌肥厚和心衰的癥狀，改善心臟功能，因此被認(rèn)為是極有前景的干預(yù)靶點(diǎn)。APLNR激活可同時(shí)活化下游的Gi和β-arrestin通路，內(nèi)源性配體Apelin誘導(dǎo)的心臟保護(hù)效應(yīng)主要?dú)w因于APLNR的Gi信號(hào)傳導(dǎo)，而β-arrestin信號(hào)反而引起有害的心肌肥厚。此前，研究報(bào)道了Gi不完全偏向性APLNR激動(dòng)劑MM07和CMF-019，但它們?nèi)跃哂幸欢ǖ摩?arrestin信號(hào)激活效應(yīng)。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)即使不完全的β-arrestin仍可顯著引起正常心肌的肥厚，表明不完全偏向性APLNR激動(dòng)劑具有安全性風(fēng)險(xiǎn)，這將極大地阻礙其臨床轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。因此，完全偏向于Gi通路的APLNR激動(dòng)劑是心肌肥厚藥物研究的迫切需要，并有望為心臟疾病的治療帶來新的突破。

針對(duì)這一難題，兩位同名同姓的研究者各盡所能，充分發(fā)揮雙方團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，開展了對(duì)新型APLNR的探索。浙江大學(xué)張巖教授團(tuán)隊(duì)長期致力于跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制研究和精準(zhǔn)調(diào)控手段設(shè)計(jì)，發(fā)展并奠定了基于冷凍電鏡的GPCR藥理學(xué)研究方法，并在基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精細(xì)調(diào)控GPCR功能的先導(dǎo)分子并實(shí)現(xiàn)疾病的精準(zhǔn)干預(yù)方面取得了系列創(chuàng)新成果。北京大學(xué)張巖教授團(tuán)隊(duì)在心血管病理生理學(xué)機(jī)制及其防治措施領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，聚焦于心血管疾病中心肌損傷的分子機(jī)制研究，針對(duì)關(guān)鍵疾病靶點(diǎn)研發(fā)干預(yù)手段，為臨床心血管疾病的預(yù)防與治療提供新策略。

浙江大學(xué)張巖教授團(tuán)隊(duì)首先從不同信號(hào)譜激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)入手，借助冷凍電鏡解析了內(nèi)源性平衡激動(dòng)劑apelin、兩種部分G蛋白偏向性激動(dòng)劑MM07和CMF-019識(shí)別APLNR與下游Gi1蛋白復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。研究者發(fā)現(xiàn)，三種激動(dòng)劑頂端結(jié)構(gòu)的細(xì)微差別使它們與受體結(jié)合的位置略有不同，他們將結(jié)合關(guān)鍵部位（M11和F13插入的兩個(gè)口袋）命名為定義為“雙熱點(diǎn)”，并指出該位置是影響偏向性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵。失之毫厘，差之千里，由于極性網(wǎng)絡(luò)中心的D752.50產(chǎn)生的0.1納米的結(jié)構(gòu)偏移，導(dǎo)致下游效應(yīng)蛋白結(jié)合口袋的不同構(gòu)象重排，最終決定是激活Gi還是β-arrestin信號(hào)。研究團(tuán)隊(duì)據(jù)此設(shè)計(jì)了新型激動(dòng)劑WN353和WN561，并與已商業(yè)化的平衡激動(dòng)劑和部分偏向激動(dòng)劑一起打亂編號(hào)，用于細(xì)胞和動(dòng)物測(cè)試。

為了避免干擾，北京大學(xué)張巖教授團(tuán)隊(duì)在“雙盲”狀態(tài)下，利用體外培養(yǎng)的原代心肌細(xì)胞和壓力負(fù)荷性心肌肥厚小鼠模型對(duì)各種激動(dòng)劑進(jìn)行了功能篩選和驗(yàn)證。令人興奮的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果使激動(dòng)劑的身份不言自明：在正常心肌中，僅新型激動(dòng)劑完全沒有引起心肌肥大的不良效應(yīng)；且在病理模型中，完全Gi偏向性激動(dòng)劑WN561與已有藥物相比呈現(xiàn)出相同的保護(hù)作用，改善了心肌細(xì)胞肥大和小鼠心功能異常。這表明新型激動(dòng)劑在具有更高的安全性， WN561更因其較高的穩(wěn)定性和優(yōu)秀的治療效果脫穎而出。

示意圖：基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型G蛋白偏向APLNR受體激動(dòng)劑及其在心肌肥厚動(dòng)物模型中的功能驗(yàn)證

緊接著，研究團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)了另一個(gè)十分巧妙的實(shí)驗(yàn)：在利用異丙腎上腺素誘導(dǎo)心肌肥厚的小鼠中，適時(shí)撤去病理性刺激，但持續(xù)給予APLNR激動(dòng)劑治療。這一設(shè)計(jì)模擬了臨床上心肌肥厚患者接受治療后的狀態(tài)，盡管病理刺激已消除，但心肌的異常肥厚仍需干預(yù)。然而，不完全Gi偏向性APLNR激動(dòng)劑治療未能起到改善效果，平衡激動(dòng)劑apelin甚至加重了心臟結(jié)構(gòu)異常。而新型激動(dòng)劑WN561依然表現(xiàn)出了穩(wěn)健的治療效應(yīng)，進(jìn)一步證明了這種新型Gi完全偏向的APLNR激動(dòng)劑在治療心肌肥大和心力衰竭中的前景。

兩位同名同姓教授的多學(xué)科交叉合作不僅為心肌肥厚和心力衰竭的治療提供了新的可能性，更成為科學(xué)界的一段趣聞。該成果于北京時(shí)間2024年3月1日發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》。浙江大學(xué)張巖與北京大學(xué)張巖為論文共同通訊作者。浙江大學(xué)博士后王偉偉、博士生戢素玉、北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生張文佳、北京大學(xué)第三醫(yī)院博士后張俊霞、浙江大學(xué)博士生蔡晨曦和“強(qiáng)基計(jì)劃”本科生胡如碧為共同第一作者。

來源：北京大學(xué)