蛋白酶激活受体PAR1与PAR2的结构解析揭示其激活机制与药物设计新靶点

本研究针对蛋白酶激活受体(PARs)家族中PAR1和PAR2的激活机制不明问题，通过冷冻电镜技术解析了其与内源性"束缚配体"及G蛋白复合物的高分辨率结构。研究发现PAR1/PAR2通过浅层正交结合口袋识别配体，TM6/TM7发生独特构象变化激活Gq信号通路，并首次揭示小分子GB88模拟内源配体的作用模式，为血栓、炎症等疾病的靶向药物设计提供结构基础。

　　

在血管生物学和炎症疾病研究中，蛋白酶激活受体(PARs)家族一直扮演着关键角色。这类独特的G蛋白偶联受体(GPCRs)通过蛋白酶切割暴露N端"束缚配体"实现自我激活，调控凝血、伤口愈合等重要生理过程。然而长期以来，科学家们面临两大难题：PAR1/PAR2如何精确识别内源配体？其激活机制与经典GPCR有何本质区别？这些问题的答案将直接影响抗血栓、抗炎药物的开发。

为破解这些谜题，Takeda制药公司的Zongyang Lyu、Yanyong Kang团队采用冷冻电镜技术，成功捕获了PAR1-G_q和PAR2-G_q复合物的精细结构，分辨率分别达到2.7?和3.1?。研究通过NanoBiT技术稳定受体-蛋白复合物，利用工程化G_qiN嵌合体增强scFv16抗体结合，并创新性地模拟蛋白酶切割后的受体构象。

PAR1和PAR2与其内源性束缚配体的结合
研究发现PAR1的SFLLR配体和PAR2的SLIG配体均结合于由TM5/TM6/TM7、N端环和ECL2组成的浅层正交口袋。关键残基如PAR1的Y350^7.32与H255^ECL2形成氢键网络，而PAR2的Y323^7.32则通过L38^TL诱导构象变化，揭示两种受体保守的"酪氨酸开关"激活机制。

活性与非活性状态的结构比较
与拮抗剂vorapaxar结合的PAR1相比，激活态PAR1的TM6仅外移4.7?，远小于其他GPCRs。TM7的Y350^7.32向下位移打破与ECL2的氢键，转而与Y183^3.33结合，触发PIF和DRF基序重排。PAR2的激活则表现为TM7的Y326^7.35推动TM6外移，这种"多米诺骨牌"式的构象传递在四大人PARs中高度保守。

G蛋白偶联与激活机制
尽管PAR1/PAR2均主要激活G_q通路，但G_q的α5螺旋在两种受体中存在7°倾斜差异。研究发现束缚配体通过重塑TM6/TM7界面，诱导细胞内DRF/NRY和DPxxY基序构象变化，为G蛋白偶联创造特异性结合环境。

GB88与PAR2的结构解析
小分子GB88通过异恶唑基团模拟内源配体SLIG的相互作用，占据73.2%正交口袋表面积。其结构显示GB88的骨架酰胺与D228^ECL2形成氢键，环己烷基团则替代L38^TL的空间位阻，解释其既能抑制G_q/11/Ca²⁺通路又能激活其他信号通路的"偏向性"药理特性。

这项发表于《Nature Communications》的研究首次阐明PARs家族独特的"浅口袋-小位移"激活范式，突破传统GPCR激活理论的认知边界。结构解析不仅揭示保守的酪氨酸残基构成"分子开关"，更发现GB88等小分子可通过精确模拟束缚配体的关键相互作用实现通路选择性调控。这些发现为开发抗血栓药物（避免vorapaxar的出血副作用）和抗炎药物（靶向PAR2特定信号分支）提供了精准的分子蓝图，标志着PARs靶向药物开发进入结构指导的新时代。