小分子化合物增强arrestin-3与β2肾上腺素受体结合：一种GPCR信号调控的新策略

本研究针对GPCR（G蛋白偶联受体）过度信号传导引发的疾病，通过分子动力学模拟发现arrestin-3预激活构象的可成药口袋，并鉴定出特异性小分子化合物LSH-3。该化合物能选择性增强内源性arrestin-3与β2AR（β2-肾上腺素受体）的结合，为靶向调控GPCR-arrestin相互作用提供了新工具，相关成果发表于《Communications Chemistry》。

　　

G蛋白偶联受体（GPCR）作为人体最大的膜蛋白家族，调控着从视觉感知到激素分泌等关键生理过程。然而，当这些受体因突变或过度激活导致信号失调时，便会引发视网膜色素变性、甲状腺功能亢进甚至癌症等多种疾病。传统疗法多靶向受体本身，但土耳其科学研究院等团队另辟蹊径，将目光投向GPCR信号的"刹车系统"——arrestin蛋白，特别是其中最具可塑性的arrestin-3亚型。

GPCR信号终止依赖于arrestin与磷酸化受体的结合，但某些疾病中受体磷酸化缺陷会导致这一机制失效。此前科学家尝试用增强型arrestin突变体治疗，却面临稳定性差和受体选择性低的瓶颈。这项发表于《Communications Chemistry》的研究创新性地提出：用小分子稳定arrestin-3的预激活构象，可能成为更优解决方案。

研究团队运用分子动力学（MD）模拟、饱和转移差示核磁共振（STD-NMR）和荧光共振能量转移（FRET）等技术，发现arrestin-3在基础状态下会自发采样受体结合样构象。通过虚拟筛选，他们鉴定出靶向arrestin-3背环（back loop）口袋的小分子L^SH-3，实验证实其能特异性增强arrestin-3（而非arrestin-2）与β₂AR的结合，且对M₂毒蕈碱受体无效。

Basal arrestin-3 samples receptor bound-like conformations
通过μ秒级MD模拟发现，arrestin-3的背环和门控环（gate loop）可自发形成类似受体结合态的构象，其中背环解旋和门控环位移是预激活的关键特征。加速MD（aMD）进一步验证这种构象动态采样。

Targeting the back loop stabilizes receptor-bound-like inter-domain rotation in arrestin-3
虚拟筛选锁定两个潜在药物口袋（背环和门控环区域），其中L^SH-3能稳定背环解旋状态，并通过变构效应诱导结构域旋转（平均12.9°），模拟受体结合时的构象变化。

L-SH-3 enhances recruitment of arrestin-3 to phosphorylation-deficient β₂AR in cells
FRET实验显示，L^SH-3使arrestin-3与磷酸化缺陷型β₂AR的结合增加50%，NanoBiT系统证实该效应具有亚型选择性（仅作用于arrestin-3）和受体特异性（对M₂R无效）。

这项研究首次证明小分子可通过变构调控增强内源性arrestin与GPCR的结合，为治疗GPCR功能异常疾病提供了新思路。特别值得注意的是，L^SH-3不依赖受体磷酸化状态即可发挥作用，这对磷酸化缺陷相关疾病（如某些视网膜病变）具有特殊价值。未来研究可进一步优化化合物特异性，并探索其在动物模型中的治疗效果。