生长激素释放激素受体（Growth hormone-releasing hormone receptor, GHRHR）属于B类G蛋白偶联受体，在细胞增殖、生长激素合成与分泌等方面发挥重要作用。结合内源性配体生长激素释放激素（GHRH）后，GHRHR主要通过激活cAMP信号通路而产生生理效应。前人早在1960年就发现下丘脑损伤会使垂体减少分泌生长激素（GH）进而减缓生长，表明下丘脑存在刺激GH释放的激素即GHRH。由于后者在下丘脑存留时间短暂且有生长抑制素的干扰，分离提纯极为困难，直到1982年才在人胰腺肿瘤中成功获得。1993年，人源GHRHR的cDNA在肢端肥大症患者的垂体肿瘤中首次被克隆。由于在生长发育中所起的关键作用，GHRHR的基因突变会导致生长发育障碍，是特发性生长激素缺乏症（Isolated growth hormone deficiency, IGHD）的病因之一。除了调节生长外，GHRHR的激活还能改善艾滋病患者的脂肪代谢障碍，减少腹部脂肪堆积。近期的多个研究显示GHRHR及其剪接变异体（Splice variant）与多种肿瘤的发生和发展相关，目前已有数个GHRH多肽类似物如舍莫瑞林（Sermorelin）和替莫瑞林（Tesamorelin）上市。

为了增强GHRHR与Gs蛋白的组装效率，研究人员创新地采用NanoBiT系连技术分别在GHRHR和Gs蛋白上引入LgBiT和HiBiT以增加蛋白之间的相互作用，提高复合物的稳定性，最终获得分辨率高达2.6 埃的三维结构（图1）。该项研究揭示了除第4跨膜螺旋（Transmembrane helix 4, TM4）外，其他跨膜螺旋和所有胞外侧环（Extracellular loop, ECL）与GHRH和GHRHR形成广泛和复杂的相互作用，并被受体点突变实验所证实。值得注意的是，尽管GHRH与胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和长效甲状旁腺激素（LA-PTH）都采用螺旋构型插入受体跨膜域的结合口袋，但GHRH氨基端首个残基的侧链取向尤为特别，提示受体－配体选择性结合的精细调控模式。

在此基础上，研究人员应用信号转导通路实验（cAMP 水平和β-arrestin 2招募）分析了25个与IGHD相关的致病错义突变，并对其中4个代表性突变（D60G、R94Q、S140P和R357C）进行了分子动力学模拟，发现它们至少通过三种机制影响GHRHR的功能而致病：1）破坏胞外域以削弱其同GHRH的结合能力，如D60G（即“小老鼠”―Little mouse表型的致病突变)和R94Q；2）破坏受体跨膜域与配体或Gs蛋白的结合，如R357C；3）破坏跨膜信号转导，如S140P。上述成果增进了对B 类G蛋白偶联受体相关性疾病发生机制的认识。

该研究成果于2020年10月15日在Nature Communications期刊在线发表了题为“Structural basis for activation of the growth hormone-releasing hormone receptor”的研究论文,首次报道了人源GHRHR与GHRH和Gs蛋白复合物的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了GHRHR的配体识别、信号激活及疾病发生的分子机制，为相关新药的研发奠定了坚实的基础。上海药物所博士后周富来、浙江大学基础医学院博士研究生生张会冰、复旦大学药学院博士研究生生丛朝彤、上海药物所副研究员赵丽华（第八批会员）和上海科技大学研究助理教授周庆同是该论文的共同第一作者。上海药物所/复旦大学王明伟讲座教授、浙江大学张岩研究员、上海药物所徐华强研究员和杨德华研究员为该论文的共同通讯作者。该研究工作的第一完成单位是上海药物所，先后获得了国家自然科学基金委员会、国家科学技术部、上海市科学技术委员会、中科院青年创新促进会项目和中国科学院先导专项等的经费资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18945-0