以电镜视角切入神经科学的跨尺度研究（二）：疼痛/阿片类药物及相关疾病

开发靶向阿片受体的生物制剂

μ- 阿片受体（μOR）是一种G蛋白偶联受体（GPCR），是吗啡和***等阿片类镇痛药的作用靶点。鉴于当前阿片类药物存在严重的副作用，研发新型 μOR 功能调节剂非常重要。目前大多数 GPCR 配体为小分子，而以纳米抗体作为生物制剂的替代疗法具有更好的亲和力和靶向性。

Yu等人研究了纳米抗体NbE，其可特异性地作为μOR的拮抗剂。通过单颗粒分析技术，他们解析了NbE-μOR复合物的结构，从而确定了μOR拮抗的基础，并设计了保留这种拮抗作用的肽类似物。这表明纳米抗体作为一种新型疼痛管理工具具有潜力^[1]。

设计识别更安全阿片类药物治疗方案

阿片类药物是有效的镇痛药，但其使用受到严重副作用的困扰，包括成瘾和呼吸抑制等。因此对于开发更安全的镇痛药至关重要。内源性阿片肽（EOPs）可以选择性地与其相应的阿片受体结合，但是其中的分子识别和选择性机制并不清楚。了解它们的行为将提供有关阿片受体激活的关键细节。

Wang等人确定了五种受体与其相应EOPs结合的复合物结构，揭示了它们选择性的基础，并为未来设计靶向性更强、更安全的止痛药提供了信息^[2]。

揭示向大麻素受体1的信号偏向

大麻素受体 1（CB1）是内源性大麻素系统的关键组成部分，CB1 可在大脑中大量表达，通过 Gi 和 β - 抑制蛋白信号通路，在调节多种生理功能中发挥着关键作用：包括情绪调节、镇痛以及提供神经保护。尽管 CB1 具有广泛的治疗潜力，但候选药物的研发长期以来受到诸如药物耐受性，代谢紊乱等不良反应的阻碍。因此，为了开发出靶向性更精准、不良反应更少的药物，Liao等人利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）研究了大麻素受体1（CB1）与合成大麻素以及Gi或βarr1复合物的结构，揭示了CB1偏向βarr的结构基础，为开发更好的CB1激动剂铺平了道路^[3]。

确定VMAT2的结构和功能

单胺类神经递质，包括多巴胺、肾上腺素等物质是神经元间突触传递的化学基础。神经递质在合成后会被囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）迅速摄入进囊泡中储存，在收到冲动信号后通过胞吐作用释放神经递质，产生不同的生理活动。目前，VMAT2作为重要的药物靶点已研发出多种治疗单胺缺乏的药物分子。

Wu等人利用冷冻电镜技术解析了人源 VMAT2与血清素及三种临床药物形成复合物结构。这为理解VMAT2的运输和抑制和药理学特性提供了结构基础，并为改进治疗设计，开发药物提供了新途径^[4]。

识别大脑中GABAA受体的结构种群

A型γ-氨基丁酸受体（GABAAR）是大脑中的主要抑制受体 ，因此是众多治疗药物的靶点，包括麻醉剂、镇静剂、催眠药和抗抑郁药。尽管如此，人们对其的了解一直受阻于不同亚基衍生出的大量五聚体组合而缺乏结构信息，因此靶向药物开发一直受到阻碍。

Sun等人使用冷冻电镜技术（cryo-EM）揭示了GABAA受体的原生组装和药理作用，支持了更特异性药物的开发^[5]。

1.Yu, J, et al. Structural Basis of μ-Opioid Receptor-Targeting by a Nanobody Antagonist. Nature Communications 15(1):8687 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52947-6

2.Wang, Y, et al. Structures of the entire human opioid receptor family. Cell 186:2 (2023). doi: 10.1016/j.cell.2022.12.026

3.Liao, YY, et al. Snapshot of the cannabinoid receptor 1-arrestin complex unravels the biased signaling mechanism. Cell 186:26 (2023). doi: 10.1016/j.cell.2023.11.017

4.Wu, D, et al. Transport and inhibition mechanisms of human VMAT2. Nature 626 (2023). doi: 10.1038/s41586-023-06926-4

5.Sun, C, et al. Cryo-EM structures reveal native GABAAreceptor assemblies and pharmacology. Nature 622 (2023). doi: 10.1038/s41586-023-06556-w