Structural visualization of small molecule recognition by CXCR3 uncovers dualagonism in the CXCR3 - CXCR7 system：解析 CXCR3 奥秘，解锁双激动剂疗法新契机

在免疫反应相关生理和病理过程中，趋化因子受体作用关键。为探究 CXCR3 和 CXCR7 系统的信号偏向和双激动作用，研究人员测定了 CXCR3 的冷冻电镜结构。结果发现其存在变构网络，且部分小分子激动剂具有双激动性。该研究为相关疾病治疗提供了分子层面的见解123。

　　在人体的免疫系统中，趋化因子受体扮演着至关重要的角色，它们参与了众多生理和病理过程，尤其是免疫反应机制。然而，目前对于趋化因子受体的研究仍存在诸多问题。比如，虽然知道趋化因子受体与多种疾病相关，像癌症、过敏、自身免疫性疾病等，但对于它们在分子层面的作用机制，特别是一些受体对不同信号通路的选择性激活机制，还了解得不够深入。此外，趋化因子与受体之间的结合特异性和 promiscuity（混杂性），也有待进一步探究。正是在这样的背景下，为了更深入地理解趋化因子受体的工作原理，来自印度理工学院坎普尔分校等研究机构的研究人员开展了关于 CXCR3 和 CXCR7 系统的研究。

该研究发表在《Nature Communications》上，具有重要意义。它不仅揭示了 CXCR3 在结合小分子激动剂时的激活和信号偏向的结构基础，还发现了这些激动剂在 CXCR3 和 CXCR7 上的双激动作用，为开发治疗相关疾病的药物提供了关键的分子层面的依据。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先是冷冻电镜（cryo - EM）技术，通过该技术测定了 CXCR3 在不同状态下的结构，包括与小分子激动剂结合以及无配体结合（Apo - state）的状态，分辨率达到了较高水平，从而直观地观察到受体的结构变化。其次，采用了定点突变技术，将 CXCR3 上与配体相互作用的残基单个突变为丙氨酸，进而研究这些突变对 G 蛋白信号传导和 βarrs 招募的影响。此外，利用多种细胞实验，如 GloSensor Assay、NanoBiT - based 实验等，检测受体的功能变化。

研究结果主要如下：

• CXCR3 - G 蛋白复合物的整体结构：研究人员纯化了重组 CXCR3，并与不同的小分子激动剂（VUF11418 和 VUF10661）结合，再与异源三聚体 G 蛋白重构复合物，通过冷冻电镜技术在约 3 ? 的分辨率下测定了这些复合物的结构。同时，还获得了 Apo - state 的 CXCR3 结构。结果显示，CXCR3 呈现七跨膜结构，与典型的 A 类 GPCR 的活性构象相似45。
• 激动剂 - 受体在正构结合口袋中的相互作用：CXCR3 的配体结合口袋被 ECL2 覆盖，VUF10661 采用 “倒 U” 形结合姿势，结合模式较浅；VUF11418 则呈线性构象，深入正构口袋。它们都被一个由芳香族残基组成的 “芳香笼” 包围，与受体形成多种相互作用。通过定点突变实验，验证了这些相互作用对受体功能的重要性67。
• CXCR3 结构的比较分析：将研究中获得的 CXCR3 结构与已报道的结构进行比较，发现不同的小分子激动剂与受体结合时，在结合模式、配体取向以及受体残基的构象等方面存在差异。同时，Apo - CXCR3 结构与其他活性状态结构的比较，也为确定其活性状态提供了依据89。
• 激动剂诱导的 CXCR3 激活及其与 G 蛋白的相互作用：通过结构叠加分析，发现与非活性状态相比，VUF10661/VUF11418 结合的 CXCR3 结构在多个区域发生了显著的移动和构象变化，这些变化是 GPCR 激活的典型特征。此外，还明确了 CXCR3 与 G 蛋白相互作用的界面和具体的相互作用方式1011。
• CXCR3 中驱动转导子耦合偏向的变构网络：比较 VUF11418 和 VUF10661 结合的 CXCR3 结构，发现结合不同激动剂时，受体的多个残基发生了不同的构象变化，这些变化通过跨膜区域连接细胞外和细胞内，暗示存在一个变构网络，可能与信号偏向有关1213。
• CXCR3 激动剂在 CXCR7 上的双激动作用：通过比较 CXCR3 和 CXCR7 的结构，发现它们在正构结合口袋的关键残基上具有显著的保守性。实验表明，VUF11418 和 VUF10661 在 CXCR7 上能够强烈激活 βarrs 招募，是 CXCR3 和 CXCR7 的双激动剂。对 CXCR7 上相关残基进行突变，进一步验证了这种双激动作用以及变构网络的影响1415。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 CXCR3 识别小分子和激活的分子机制，以及在 CXCR3 和 CXCR7 上的双激动作用。尽管之前有研究报道了 CXCR3 的结构，但本研究进一步深入探讨了不同小分子激动剂的作用差异。这种双激动作用的发现为理解趋化因子受体的配体混杂性提供了新的视角，也为开发针对 CXCR3 和 CXCR7 的特异性药物奠定了基础。未来的研究可以进一步探索如何优化这些激动剂，使其具有更广泛或更特异性的反应，从而为治疗相关疾病提供更有效的策略。总之，这项研究在趋化因子受体领域取得了重要进展，为后续的药物研发和疾病治疗提供了极具价值的信息。