《Nature Communications》：Molecular basis of antagonism of the dimeric human arginine vasopressin receptor 1A
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【编辑推荐】为阐明V1aR二聚化及拮抗机制，研究人员通过解析人源V1aR的apo状态及三种拮抗剂（atosiban/balovaptan/SRX246）复合物结构，结合功能实验首次揭示受体二聚化模式及ECL2构象动态变化，阐明了拮抗剂选择性结合的关键决定因素，为开发靶向二聚体V1aR的CNS疾病治疗药物提供结构基础。
在神经科学和药物研发领域，精氨酸加压素（Arginine Vasopressin, AVP）和催产素（Oxytocin, OT）作为关键的肽类激素，调控着从社会行为到水盐平衡等多种生理过程。其中，血管加压素受体1A（Vasopressin receptor 1A, V1aR）是AVP在中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）中的主要靶点，被视为治疗焦虑、抑郁、自闭症谱系障碍等CNS疾病的潜力靶标。然而，尽管其治疗前景广阔，V1aR的拮抗剂作用机制及其在细胞膜上是否以二聚体形式存在等基本科学问题，长期以来缺乏清晰的结构生物学证据，这严重制约了针对该受体的高选择性药物开发。
为破解这一难题，研究团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们成功解析了人源V1aR在未结合配体的apo状态，以及分别与三种临床相关拮抗剂——atosiban（阿托西班）、balovaptan（巴洛瓦坦）和SRX246结合的高分辨率三维结构。这些结构像一套精密的“分子照片”，首次直观展示了V1aR在天然状态下形成二聚体的组装方式，这一发现随后通过细胞水平的功能实验和成像技术得到了独立验证。尤为重要的是，apo结构揭示了细胞外第二环（Extracellular Loop 2, ECL2）呈现一种独特的扁平构象，且其半胱氨酸残基未形成二硫键；而当拮抗剂结合后，ECL2发生了显著的构象变化，如同“锁钥”中的钥匙转动了锁芯，这一动态过程是受体功能调控的关键。
研究人员进一步结合定点突变（Mutagenesis）和放射性配体结合实验（Radioligand Binding Assay），精细刻画了不同拮抗剂在V1aR结合口袋内的独特结合模式，并鉴定出决定拮抗活性和选择性的关键氨基酸残基。例如，研究发现balovaptan的结合更深地嵌入跨膜区，而atosiban作为肽类拮抗剂则显示出不同的相互作用网络。这些细节不仅解释了为何不同拮抗剂具有迥异的效力和选择性，也为理性设计副作用更小、穿透血脑屏障能力更强的下一代V1aR靶向药物提供了宝贵的“分子蓝图”。
关键技术方法
本研究综合运用了单颗粒冷冻电镜技术解析V1aR在不同状态下的高分辨率结构；通过细胞荧光成像和生物发光共振能量转移技术验证受体二聚化；利用定点突变和放射性配体结合实验分析关键残基对配体结合亲和力与选择性的影响。
研究结果分析
- 1.
V1aR的二聚体结构
通过结构解析发现，V1aR在细胞膜上以特定的界面形成二聚体，该二聚体界面主要由跨膜螺旋间的相互作用维持。功能实验证实，破坏此二聚化界面会影响受体的信号转导功能。
- 2.
apo状态与拮抗剂结合引起的构象变化
apo状态的V1aR结构显示其ECL2呈现平坦构象，且包含未配对的半胱氨酸。结合拮抗剂后，ECL2发生显著构象重排，表明ECL2在配体识别和受体激活中扮演动态开关角色。
- 3.
拮抗剂的结合模式与选择性机制
三种拮抗剂（atosiban, balovaptan, SRX246）在V1aR结合口袋中呈现出不同的取向和相互作用网络。结合突变实验，研究明确了如D3.32、Q5.42等关键残基在决定拮抗剂结合亲和力和选择性中的核心作用，解释了这些化合物对V1aR相对于其他AVP受体亚型的选择性基础。
结论与意义
该研究首次在原子水平揭示了人源V1aR的二聚体结构，并详细阐明了多种拮抗剂的作用机制和选择性决定因素。所揭示的ECL2构象动力学为理解V1aR的功能调控提供了新视角，而鉴定的关键结合残基则为针对二聚体V1aR进行高选择性拮抗剂的结构导向药物设计奠定了坚实的理论基础，对开发治疗CNS障碍的新疗法具有重要的推动意义。
