解密：全长CaSR及其与配体结合的分子结构

　　钙敏感受体 (CaSR) 是一种 C 类 G 蛋白偶联受体 (GPCR)，在钙稳态和甲状旁腺激素分泌中起重要作用。迄今为止，已确定处于活性和非活性状态的 N 端人类 CaSR 的晶体结构。然而，缺乏完整的 CaSR 结构信息限制了对受体功能、偏向信号转导和针对多种疾病的临床药物开发的理解。

　　2021年6月4日，南开大学杨雪及沈月全共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Structural basis for activation and allosteric modulation of full-length calcium-sensing receptor”的研究论文，该研究展示了处于不同配体结合状态的全长 CaSR 的多个冷冻电子显微镜结构。

　　配体（Ca2+ 和 L-色氨酸）与 CaSR 的细胞外结构域结合并诱导大规模的构象变化，导致两个七螺旋跨膜结构域 (7TMDs) 关闭以进行激活。正调节剂 (evocalcet) 和负变构调节剂 (NPS-2143) 在 7TMD 中占据相似的结合口袋。NPS-2143 的结合导致两个 7TMD 的大量重排，形成失活的 TM6/TM6 界面。此外，共有 305 个导致疾病的 CaSR 错义突变已被映射到处于活动状态的结构，从而创建了五种临床内分泌疾病的热点图。该研究结果为理解 C 类 GPCR 的激活、变构调节机制和疾病治疗提供了结构框架。

　　钙信号是各种细胞功能所必需的。钙敏感受体 (CaSR) 是转导钙信号和维持钙稳态的重要组成部分。除了在信号转导过程中充当第二信使之外，钙还可以作为第一信使被质膜上的受体直接感知。一般而言，细胞外 Ca2+ 浓度的细微变化可以被 CaSR 感知，CaSR 在甲状旁腺中高度表达，然后通过甲状旁腺激素 (PTH) 的分泌，通过从骨骼、尿液和肠道中重吸收 Ca2+ 来精确调节。CaSR 的异常表达水平和受体活性会导致多种疾病，例如新生儿严重甲状旁腺功能亢进症（NSHPT）、常染色体显性遗传性低钙血症 1 型（ADH1）和哮喘。

　　CaSR 属于 类型C 的G 蛋白偶联受体 (GPCR) 家族，作为同型二聚体通过细胞质膜中的二硫键连接。 CaSR 的整体结构大概与其他 C 类 GPCR 相似。响应不同的刺激，CaSR 同源二聚体可以与各种配体和变构调节剂结合，然后通过 G 蛋白介导下游信号传导，包括 Gq、Gi、G12/13 和 Gs。除了内源性变构调节剂（例如 L-芳香族氨基酸）外，CaSR 还可以通过合成变构调节剂（包括正变构调节剂和负变构调节剂）进行调节 。

　　Evocalcet是一种正变构调节剂，广泛用于治疗继发性甲状旁腺功能亢进。与西那卡塞相比，Evocalcet 于 2018 年首次在日本获得批准，因为它具有强效的正变构功效和很小的胃肠道相关副作用。另一方面，合成分子 NPS-2143 是一种选择性和有效的 CaSR 拮抗剂，可以纠正与功能获得性 CaSR 和 Gα11 突变相关的信号通路增加。体内研究表明，NPS-2143 显著增加 ADH 相关小鼠模型中钙和 PTH 的细胞质浓度。迄今为止，已确定处于活性和非活性状态的 N 端人类 CaSR 的晶体结构。然而，缺乏完整的 CaSR 结构信息限制了对受体功能、偏向信号转导和针对多种疾病的临床药物开发的理解。

　　在这项研究中，通过冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 在几种不同的构象状态下确定了来自鸡 (ggCaSR) 的全长 CaSR 的结构，包括与 L-色氨酸 (L-Trp) 和 Ca2+ 复合的 ggCaSR , 代表活跃的构象状态 (ggCaSR-active)； ggCaSR 与 L-Trp、Ca2+ 和 NPS-2143 复合，代表负变构调节状态 (ggCaSR-NAM)；ggCaSR 与 L-Trp、Ca2+ 和 evocalcet 复合，代表正变构调节状态 (ggCaSR-PAM)；和单独的 ggCaSR，代表非活动状态（ggCaSR-inactive）。这些结构为理解 C 类 GPCR 的变构调节和偏向信号转导机制提供了框架。