综述：孤儿核受体：结构机制、配体发现及其治疗潜力

《Cellular Signalling》：Orphan nuclear receptors: Structural mechanisms, ligand discovery, and therapeutic potential

　　刘云龙|魏世荣|王志恒|杨海莲|陈忠洲|任梦天|傅秀萍
天津天宫大学生命科学学院，中国天津300387

**摘要**
孤儿核受体（ONRs）属于核受体超家族，最初被发现时并未明确其内源性高亲和力配体。然而，越来越多的证据表明，它们在调节代谢、发育、神经功能和肿瘤发生中起着关键作用。结构生物学、化学生物学和系统生物学的最新进展提高了我们对这些受体配体识别和调控机制的理解。本文综述了ONRs配体研究的最新进展。根据其在代谢稳态、发育与繁殖以及神经免疫和癌症相关调控中的生理作用，ONRs被分类，并强调了它们在代谢紊乱、癌症、神经系统疾病和生殖异常等疾病中的作用。我们讨论了配体识别的结构基础，重点关注配体结合域（LBD）的保守特征以及结构变异，特别是α10和AF-2螺旋的变化，这些变化影响配体的可及性和转录调控。结构研究揭示了代表性ONRs（包括ROR、HNF-4、REV-ERB、ERR、SF-1和LRH-1）的配体-受体复合物，识别出脂质、血红素和磷脂等配体类型。相比之下，其他受体（如TR4、DAX-1、COUP-TFII和Nur77）目前仅有功能证据支持潜在的配体相互作用。配体发现的关键策略包括内源性配体共纯化、基于表型的高通量筛选、结构生物学方法以及结合分子动力学模拟的结构基础虚拟筛选。主要挑战包括内源性配体鉴定的困难、依赖环境的调控以及药物开发中实现受体亚型选择性的限制。未来的进展将依赖于整合结构学、生物化学和多组学方法，以促进ONRs的治疗靶向。

**引言**
核受体（NRs）是一类进化上保守的配体依赖性转录因子超家族，在动物的发育、繁殖、代谢稳态和应激反应等基本生理过程中发挥关键调控作用[1][2][3][4]。它们的主要功能是将多种内源性和外源性小分子信号（如类固醇激素、甲状腺激素、视黄酸和脂质代谢物）转化为特定的转录输出[5][6]。结构上，NRs具有特征性的模块化组织：N端的转激活域（A/B区域）高度灵活，参与转录调控；中央的DNA结合域（DBD）高度保守，介导对响应元素的序列特异性识别；C端的LBD在配体作用下发生构象重排，从而动态招募共激活因子或共抑制因子，精细调节靶基因表达[7][8][9][10]。在NR超家族中，ONRs是一个功能重要但历史上研究不足的亚群。“孤儿”这一名称反映了它们最初被发现时缺乏已鉴定的内源性高亲和力配体，而非缺乏生物学功能[11][12][13][14]。尽管如此，大多数ONRs仍保留完整的LBD和转录调控能力，其活性可通过多种机制调节，包括与尚未鉴定或部分鉴定的内源性代谢物结合、低亲和力脂质配体结合，或以配体独立的方式维持持续活性[15][16]（图1）。近年来，结构生物学和化学生物学的研究进一步表明，ONRs的配体结合模式可能与经典的“开/关”核受体不同，表现出高构象动态性、配体结合口袋异质性和配体多样性（图1）。ONRs的研究主要遵循“逆向内分泌学”范式，即先鉴定受体，再研究其配体和生物学功能。这一策略极大地扩展了我们对细胞信号通路和代谢调控网络的理解[17][18][19][20]。

**配体结合**
配体结合是核受体介导的转录调控的核心分子事件。结构和生化研究表明，在没有配体的情况下，NRs的LBD通常处于构象平衡状态。当配体进入LBD内部的结合口袋（体积约为220至1600 ?3）时，受体会稳定在特定构象中，尤其是通过激活功能-2（AF-2；螺旋12）区域的微妙重定位。这种构象重排调节受体对共激活因子和共抑制因子的亲和力[8][21][22]。经典激动剂通常促进含有LXXLL基序的共激活因子的招募，而拮抗剂或反向激动剂则倾向于稳定不利于转录激活的构象，从而抑制受体活性[23][24][25]。值得注意的是，ONRs的配体调控通常更为复杂，其功能输出不仅取决于配体的可用性，还取决于配体身份、受体的内在持续活性以及由共调节因子组成的细胞环境[26]。

**从配体研究的角度来看，鉴定和表征ONRs的内源性或功能性配体对于理解生物系统的调控机制具有重要意义。从基础研究的角度来看，确定每个受体-配体对有可能揭示先前未被认识的信号轴，从而阐明特定代谢物或脂质种类如何在生理和病理条件下通过ONRs重塑基因表达网络[27]，并参与代谢稳态、发育程序和组织特异性功能的调控[28][29]。从疾病的角度来看，越来越多的证据表明，ONRs活性的失调与代谢综合征、炎症性疾病、心血管疾病和癌症的发病机制密切相关。阐明它们的配体和调控机制为靶向干预提供了重要的理论框架，并为开发新的治疗策略和药物靶点指明了方向[30][31]。**

**基于此背景，本文重点讨论ONRs的配体相关机制，旨在围绕“结构特征—配体识别—功能调控—治疗潜力”这一主题进行综述。本文将系统总结ONRs的结构基础如何影响其配体结合模式，分析不同类型的配体（包括内源性代谢物、脂质、血红素和新型开环类固醇）如何调节受体功能，并进一步探讨这些发现对治疗策略开发的影响。特别强调它们的结构特征和功能分类、配体作用机制和生理作用、配体发现的实验和计算策略及其在疾病治疗中的转化潜力。通过整合SF-1、LRH-1等代表性受体的研究结果，本文旨在描绘出从基础机制到临床应用的孤儿核受体配体研究的全面图景，并突出未来方向，包括精确鉴定内源性配体、阐明动态构象机制以及开发亚型选择性调控策略。虽然本文主要关注ONRs，但也选择了几种其他核受体作为比较模型，以阐明它们共有的结构原理和独特的配体调控机制。**

**节选内容**
**孤儿核受体的功能分类**
ONRs是NR超家族中的一个重要子集，其特征是在最初被发现时缺乏已鉴定的内源性高亲和力配体。然而，来自遗传学、生理学和分子研究的广泛证据表明，这些受体在广泛的生物过程中发挥着不可或缺的转录调控作用。由于单个ONRs经常参与多个生理途径并表现出……

**孤儿核受体的结构基础**
ONRs遵循NR超家族的高度保守的模块化结构，通常包含具有转录激活功能的N端A/B区域、中央的DBD和C端的LBD。其中，DBD在受体成员间表现出显著的序列和结构保守性，主要负责对DNA响应元素的特异性识别。相比之下，序列组成、构象组织和动态变化……

**孤儿核受体配体发现的进展**
在讨论各种ONRs及其相关配体或调节因子之前，有必要根据支持证据的强度明确区分这些化合物。本文将ONR相关配体或调节因子分为三个证据等级：一级证据包括结构验证的配体，这些配体由高分辨率的配体-受体复合物结构支持，证明该化合物直接结合到受体的配体结合口袋。

**支持配体发现的策略**
基于上述代表性的配体-受体系统，目前ONRs配体的发现严重依赖于实验驱动和计算辅助策略的紧密协同（图3）。特别是随着候选配体的化学空间从经典脂质扩展到复杂的结构（如甾醇类及其衍生物），单维证据已不足以严格确认配体身份。

**孤儿核受体研究的局限性**
尽管ONRs在代谢调控、免疫稳态和肿瘤发生中起着关键作用，并被认为是有前景的治疗靶点，但它们的研究和临床转化面临实质性的内在和技术挑战。这些限制既源于受体本身的结构和调控复杂性，也源于将基础研究发现转化为有效临床干预的实际障碍。

**结论与展望**
在过去二十年里，ONR配体的研究从描述性表型和遗传关联研究发展到以结构表征和机制理解为中心的更成熟框架。结构生物学研究表明，ONR的LBD具有保守的全球结构，同时在局部表现出显著的构象变异性，尤其是在α10螺旋周围[104]。这些发现为理解缺乏内源性高亲和力配体的现象提供了重要的结构基础。

**作者贡献声明**
刘云龙：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、验证、监督、资金获取、概念化。
魏世荣：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、资源提供、方法学、调查。
王志恒：验证、资源提供、正式分析。
杨海莲：撰写——审稿与编辑。
陈忠洲：撰写——审稿与编辑、可视化、监督、资金获取。
任梦天：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资金获取。

**机构审查委员会声明**
不适用。

**资助**
本研究由中国国家重点研发计划（2023YFF1206001）、国家自然科学基金（32371268、32401009、22407100）和山东省博士后创新项目（SDCX-ZG-202502096）资助。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响研究结果。