冷冻电镜解析p1型GABAA受体与拮抗剂/激动剂的互作机制及其药物开发意义

本研究通过冷冻电镜技术解析了人类p1型GABAA受体与三种治疗性药物（THIP、CGP36742和GABOB）的复合物结构，揭示了其独特的结合构象和变构机制。研究阐明了THIP在p1与α4β3δ亚型中的相反药效学基础，明确了磷酸酸类抑制剂（如CGP36742）的共享作用机制，并发现弱激动剂GABOB可诱导部分锁定状态。该成果为靶向p型受体的神经疾病药物设计提供了结构基础。

　　

在神经系统中，γ-氨基丁酸（GABA）作为主要抑制性神经递质，通过激活GABA_A受体（配体门控氯离子通道）维持神经兴奋-抑制平衡。其中p型GABA_A受体因其独特的药理特性备受关注——它们对经典苯二氮?类和巴比妥类药物不敏感，却能被磷酸酸类化合物特异性调控。这类受体在视觉传导、疼痛感知和睡眠调节中发挥关键作用，是治疗近视、癫痫和认知障碍的潜在靶点。然而，长期以来缺乏高分辨率结构信息阻碍了靶向药物的理性设计。

来自斯德哥尔摩大学（Stockholm University）和瑞典皇家理工学院的研究团队在《Nature Communications》发表了突破性成果。研究团队综合运用冷冻电镜（cryo-EM）、电生理记录和分子动力学模拟（MD），首次解析了人类p1 GABA_A受体与三种临床相关药物的复合物结构：非阿片类镇痛药THIP（gaboxadol）、磷酸酸类拮抗剂CGP36742（SGS742）以及抗惊厥药GABOB（buxamine）。

关键技术包括：1）构建保留野生型功能的p1-EM截短体；2）在含脑磷脂的纳米盘中重组受体；3）2.0-2.4?分辨率冷冻电镜结构解析；4）非洲爪蟾卵母细胞双电极电压钳记录；5）400ns全原子分子动力学模拟验证结合稳定性。

Cryo-EM结构揭示药物结合特征
通过4种冷冻电镜结构发现：THIP和CGP36742将受体稳定在静息样构象，而GABOB产生部分锁定（87%颗粒）和脱敏（13%）状态的混合。THIP的异环垂直于loop C，其吡啶环插入由Y219/Y262/Y268组成的芳香笼，这种构象与α4β3δ受体中平行于loop C的结合模式形成鲜明对比，解释了其亚型特异性拮抗/激动双重活性。

磷酸酸类抑制剂的共同机制
CGP36742的氨基丙基尾与E217形成盐桥，磷酸酸基团楔入loop C（S264/T265）与互补亚基R125之间，其结合模式与经典抑制剂TPMPA高度相似（Cα RMSD 0.035?）。这种保守的空间位阻阻止loop C锁定，揭示了磷酸酸类药物的通用抑制机制。

GABOB的弱激动机制
GABOB的羧基与R125/S189相互作用，羟基与T265氢键结合。有趣的是，其密度兼容（R）和（S）两种构型，MD模拟显示两者结合稳定性相当（RMSD<2?）。与GABA相比，GABOB仅诱导部分loop C锁定（1.8?位移）和微弱ECD旋转（1.2°），这种不完全激活与其较低效能相符。

这项研究首次系统揭示了p型GABA_A受体的药物识别原理：1）THIP的亚型特异性效应源于结合构象差异；2）磷酸酸类抑制剂通过保守的立体阻碍机制发挥作用；3）GABOB的弱激动性与其诱导的部分激活状态相关。这些发现不仅解释了现有药物的作用机制差异，更重要的是为开发靶向p型受体的新一代神经精神疾病药物提供了精确的结构模板。特别是对THIP衍生物（如aza-THIP）和亚型选择性磷酸酸类化合物的设计具有直接指导意义，有望推动失眠、癫痫和认知障碍等疾病的精准治疗。