光控代谢型谷氨酸受体5正变构调节剂azoglurax的开发及其光药理机制研究

本研究针对代谢型谷氨酸受体5（mGlu5）调控工具缺乏的问题，通过"偶氮化"策略将已知正变构调节剂（PAM）VU0424465改造为光开关化合物azoglurax。该分子在365nm/460nm光照下可逆异构化，其trans构型展现亚微摩尔级激动-PAM双重活性，而cis构型活性显著降低。结合分子动力学模拟和位点突变实验，证实其与母体化合物共享7TM结构域结合位点，为研究mGlu5时空特异性激活提供了新工具。

　　

在神经科学领域，代谢型谷氨酸受体5（mGlu₅）作为G蛋白偶联受体家族的重要成员，广泛分布于大脑皮层、海马和基底节区，通过调节突触可塑性参与学习记忆等高级认知功能。该受体异常与焦虑、抑郁、慢性疼痛及神经退行性疾病密切相关，使其成为极具潜力的治疗靶点。然而传统药物难以实现mGlu₅的时空精准调控，且现有光遗传学工具需要基因改造，这促使科学家探索非遗传学干预手段。

法国蒙彼利埃大学等机构的研究团队在《Biochemical Pharmacology》发表重要成果，通过创新性设计开发出首个光控mGlu₅正变构调节剂azoglurax。研究人员采用"偶氮化"分子工程策略，将已知激动-PAM（ago-PAM）VU0424465的炔键替换为光敏偶氮基团，成功获得具有可逆光开关特性的化合物。该分子在黑暗条件下保持trans构型时表现出亚微摩尔级活性，而在365nm紫外光照射转为cis构型后活性显著降低。通过综合运用分子对接、增强采样分子动力学模拟和功能性突变实验，证实azoglurax与母体化合物共享7次跨膜结构域（7TM）中的变构口袋，其光控特性源于构型变化导致的结合稳定性差异。这项突破为研究mGlu₅受体在生理病理过程中的时空特异性功能提供了精准工具，也为发展靶向神经调控疗法开辟了新途径。

关键技术方法包括：紫外-可见吸收光谱表征光异构化特性；基于IP₁积累和钙流检测的功能药理学实验；构建谷氨酸不敏感突变体（Y236A/D318A）验证变构激动活性；采用REST2增强采样分子动力学模拟分析配体-受体相互作用；系统评估7TM结构域关键氨基酸突变对药效的影响。

3.1 设计与合成
通过Mills反应将5-氨基吡啶甲酸与3-氟硝基苯偶联，再经HATU介导的酰胺化反应获得azoglurax。核磁共振和高分辨质谱证实其结构，HPLC分析显示365nm光照可获得含70%cis构型的混合体系，460nm光照下trans构型占比达84%。

3.2 光化学特性
吸收光谱显示trans构型在327nm有特征吸收峰。光开关动力学测定表明，trans→cis转换半衰期6.7秒（365nm光照），反向转换仅需2.6秒（460nm光照），且可经历多次循环而不衰减。

3.3 药理活性
在表达mGlu₅的HEK293细胞中，黑暗条件下azoglurax对quisqualate（EC₂₀）的增效作用pEC₅₀为6.56，紫外光照后降低5倍。操作模型分析提示光照主要影响配体结合亲和力而非效能。

3.4 变构激动特性
在谷氨酸不敏感突变体（YADA）上，azoglurax仍能激活受体产生IP₁和钙信号，证实其不依赖orthosteric位点的固有激动活性。钙成像显示10μM azoglurax诱导的响应幅度达VU0424465的44%。

3.5 结合模式
分子对接显示trans-azoglurax与VU0424465共享结合口袋，关键相互作用包括Y659-T781氢键网络。分子动力学模拟揭示cis构型在结合口袋内显著不稳定。突变实验证实Y659A、T781A和S809A突变均显著削弱配体效能。

这项研究成功开发出首个光控mGlu₅正变构调节剂，其创新性体现在三个方面：首先，通过理性设计将偶氮苯光开关精准嵌入已知PAM的活性骨架，保留母体化合物的变构激动特性；其次，阐明光异构化引起的构型变化通过影响7TM结构域中关键残基（特别是Y659和T781）的相互作用来调控受体活性；最后，为研究mGlu₅在神经网络中的时空特异性功能提供了化学生物学工具。相较于需要遗传操作的optogenetics技术，azoglurax这类small-molecule photoswitches具有更好的临床转化潜力，未来通过优化光敏基团（如引入四邻位取代）可能实现更深组织穿透的可视光调控，为发展精准神经调控策略奠定基础。