噻唑烷二酮类药物曲格列酮通过直接结合Gqα亚基抑制GDP释放从而阻断Gq信号通路的机制研究

本研究针对Gαq突变导致的葡萄膜黑色素瘤和Sturge-Weber综合征等疾病，通过虚拟筛选发现糖尿病药物曲格列酮(Troglitazone)能特异性结合Gαq并抑制GDP释放(IC50≈31.7μM)，其稳定Gαq-GDP复合物的作用机制为开发<500Da的小分子Gαq抑制剂提供了新思路。

　　

在细胞信号传导领域，异源三聚体G蛋白作为分子开关调控着从神经传递到细胞增殖等关键生理过程。其中Gαq亚基突变导致的持续激活与葡萄膜黑色素瘤、Sturge-Weber综合征等疾病密切相关。尽管细菌环酯肽FR900359/YM-254890能有效抑制Gαq活性，但其复杂的合成工艺和较差的药代动力学特性限制了临床应用。这促使科学家们迫切寻找分子量更小、生物利用度更高的Gαq抑制剂。

迈阿密大学米勒医学院(University of Miami Miller School of Medicine)的研究团队基于Gαq-YM-254890复合物晶体结构(PDB:3AH8)，对5000种FDA批准/实验性药物进行虚拟筛选，意外发现已撤市的糖尿病药物曲格列酮(Troglitazone)具有潜在Gαq抑制活性。该研究通过GTPγS结合实验、热稳定性分析、细胞信号检测等多维度验证，证实这种441Da的小分子能选择性阻断Gq信号通路，相关成果发表在《Molecular Pharmacology》。

研究采用三大关键技术：1)基于AutoDock Vina的分子对接筛选；2)GPCR/G蛋白重组系统测定GTPγS结合动力学；3)SYPRO Orange染料检测Gα蛋白热稳定性。实验使用MEL92.1(含GNAQ-Q209L突变)和SK-MEL-28(含BRAF-V600E突变)两种黑色素瘤细胞系进行功能验证。

【计算结果揭示结合位点】

虚拟筛选显示曲格列酮以ΔG=-8.8kcal/mol结合于Gαq铰链区，其噻唑烷二酮环与Arg60/Asp71形成氢键，苯环与Phe75产生π-π堆积，这种结合模式与YM-254890存在空间重叠但分子量更小。

【特异性抑制Gαq激活】

在M1R/Gq重组系统中，曲格列酮抑制GTPγS结合的IC₅₀为31.7μM，而类似物罗格列酮/吡格列酮无显著活性。虽然高浓度(100μM)对Gi₁/Gs有微弱抑制，但对G13无影响，显示其对Gq的选择性。

【直接结合的结构证据】

热稳定性实验表明10μM曲格列酮使Gαq-GDP熔解温度(T_m)升高1.75°C，与FR900359(ΔT_m=17.2°C)作用趋势一致，证实其直接稳定GDP结合构象。相反，该药物使Gαi₁-GDP的T_m降低2.7°C，提示高浓度可能通过蛋白 destabilization产生非特异性效应。

【细胞水平的功能验证】

在MIN6小鼠胰岛素瘤细胞中，100μM曲格列酮可持久抑制Oxo-M刺激的Ca²⁺动员(降低约60%)和ERK磷酸化，并阻断葡萄糖依赖的胰岛素分泌。更关键的是，该药物特异性抑制GNAQ-Q209L驱动的MEL92.1细胞增殖(30-100μM有效)，而对BRAF-V600E突变的SK-MEL-28细胞无毒性。

这项研究首次揭示曲格列酮作为Gαq抑制剂的独特价值：1)其分子量仅为FR900359的1/3，具备开发口服药物的潜力；2)通过稳定GDP结合状态而非竞争GTP结合位点，提供新的作用机制；3)为治疗Gαq突变相关疾病提供了先导化合物优化基础。尽管该药物因肝毒性退市，但其核心骨架的改造方向明确——保留与Arg60/Asp71的关键氢键，同时修饰维生素E样尾部结构以降低PPARγ亲和力和代谢毒性。这些发现不仅为G蛋白靶向药物开发开辟新途径，也为理解噻唑烷二酮类药物的多靶点效应提供了分子层面的解释。