非经典激活机制：分子动力学模拟揭示食欲素受体OX2与lemborexant介导的G蛋白活化新机制

本研究通过微秒级分子动力学模拟，首次揭示了失眠治疗药物lemborexant作为食欲素受体OX2非典型激动剂的分子机制。研究人员构建了OX2-Gq蛋白复合体模型，发现lemborexant能诱导类似经典激动剂compound 1的受体构象变化，并通过调控Gα亚基开关促进GDP/GTP交换，为理解GPCR非经典信号转导提供了新视角。该发现不仅解释了lemborexant在癌症细胞中促凋亡的"类激动剂"效应，更为靶向G蛋白偶联受体的药物设计开辟了新思路。

　　

在神经科学和药物研发领域，食欲素系统一直被视为调控睡眠/觉醒周期的"生物开关"。1998年发现的食欲素神经肽（Orexin-A/OxA和Orexin-B/OxB）通过两种G蛋白偶联受体（OX₁和OX₂）发挥作用，已成为失眠治疗的重要靶点。然而近年来研究发现，这类受体在癌症中扮演着令人意外的双重角色——既能通过经典G_q通路调控钙离子释放，又能通过非经典通路诱导肿瘤细胞凋亡。

传统认知中，lemborexant作为双OX₁/OX₂受体拮抗剂被批准用于失眠治疗。但法国巴黎西岱大学和波兰华沙大学联合团队的最新实验发现，该药物在癌细胞模型中表现出促凋亡的"类激动剂"特性。这一反常现象向科学家们抛出了关键问题：一个结构明确的拮抗剂为何能激活受体？其分子机制是否与经典激动剂存在本质差异？

为解答这些疑问，Paulina Dragan和Dorota Latek领衔的研究团队在《Scientific Reports》发表了突破性成果。研究人员采用GPU加速的全原子分子动力学（MD）模拟技术，以2微秒的超长时间尺度追踪了OX₂受体与全长度G_q蛋白的相互作用动态。研究特别比较了经典激动剂compound 1与lemborexant对受体激活的影响，通过构建同源模型、膜环境模拟和构象分析等技术手段，首次在原子层面捕捉到非经典激活的关键事件。

关键方法

研究团队以7L1V（OX₂-mini-G_sqi复合体）为模板，通过Modeller v.10.4构建包含全长度G_αq的活性态模型。使用CHARMM-GUI Membrane Builder创建含POPC/胆固醇（3:1）的膜环境，经NAMD 3.0 Alpha进行2微秒分子动力学模拟。通过分析DRW、PVF等微观开关构象变化，结合G_α亚基的宏观构象转变，系统追踪了GDP释放的分子路径。

Similarities in binding modes between the classic OX₂ agonist compound 1 and lemborexant

研究发现lemborexant在活性态OX₂中的结合模式异常稳定，其RMSD波动与经典激动剂compound 1相当。特别值得注意的是，ECL2（第二胞外环）的闭合使Q3.32残基向受体内部移动，这种构象变化在肽类激动剂中从未观察到，提示小分子配体可能具有独特的激活机制。

2 agonist compound 1 and lemborexant.'>

Activation-like changes of microswitches in G_α

研究首次发现F341_G.H5.08和D277_G.HG.02两个微观开关的构象变化：在lemborexant系统中，F341_G.H5.08通过逆时针旋转转变为"开启"状态，而D277_G.HG.02与GDP鸟嘌呤环的相互作用断裂。这些变化与经典G蛋白激活途径中观察到的特征高度一致。

Activation-like changes of macroswitches in G_α inducing the GDP/GTP exchange

全局构象分析显示，lemborexant诱导的G_α开放程度显著高于compound 1。特别在switch III区域，lemborexant系统的RMSD波动更大，促使螺旋HD和HA发生类似6CMO（视紫红质-G_i复合体）的向下移动，形成GDP/GTP交换隧道。

α macroswitches inducing the opening of the GDP/GTP exchange tunnel upon compound 1 binding to OX₂.'>

Global conformational changes in G_α

研究提出全新的G蛋白激活序列模型：F341_G.H5.08构象变化触发switch I区域R183_G.hfs2.02位移，进而破坏其与E49_G.slh1.04的盐桥；随后switch III的E241_G.s4h3.10释放并与R183形成临时相互作用，最终导致AHD（α螺旋结构域）的协同开放。

这项研究不仅解释了lemborexant在癌细胞中表现出的"偏倚激动"现象，更揭示了GPCR非经典激活的普适机制。在理论层面，研究建立的G蛋白激活序列模型为理解G_q偶联受体信号转导提供了新范式；在应用层面，发现小分子拮抗剂的"类激动剂"特性为开发靶向凋亡通路的抗癌药物开辟了新途径。正如作者强调的，这项成果将促使科学界重新审视GPCR配体的功能分类标准，对神经精神疾病和癌症的精准治疗具有重要指导意义。