心血管疾病是全球头号死因，WHO数据显示，每年约有1790万人死于心血管疾病，占全球总死亡人数的32%，在这些疾病的发生发展中，一种名为血栓素A2的分子扮演着关键角色，其由血小板和血管壁细胞产生，能够强力促进血小板聚集和血管收缩，是维持正常止血的重要“哨兵”。然而，这个哨兵有一个致命的弱点—它的半衰期只有大约30秒，生成后转眼就会降解，这使得研究它如何与细胞表面的受体结合、如何激活下游信号通路，成了一项极具挑战性的任务。
血栓素A2的受体（血栓素A2受体）属于G蛋白偶联受体家族，主要分布在血小板和血管平滑肌细胞表面。除了止血，该受体还参与肺动脉高压、特发性肺纤维化、甚至某些癌症的进展。多个针对该受体的拮抗剂正在临床开发中，但受限于对受体激活机制的理解不足，药物研发长期缺乏精确的结构指导。
日前，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Structural and dynamic insights into agonist recognition and function of the thromboxane A2 receptor”的研究报告中，来自都柏林三一学院等机构的科学家们借助冷冻电镜技术，首次捕获了该受体在激活状态下的三维结构，揭开了这个“短命信使”与其受体之间互动的神秘面纱。
捕捉“幽灵”受体的真面目
文章中，研究人员旨在解析血栓素A2受体在激动剂作用下被激活、并与下游Gq蛋白结合的三维结构，从而揭示该受体的独特激活机制和配体识别规律。由于天然配体血栓素A2极不稳定，研究人员使用了两种稳定的合成类似物—U46619和I-BOP，作为替代激动剂。实验材料主要包括人源血栓素A2受体、Gq蛋白异三聚体以及用于稳定复合物的抗体片段scFv16。研究人员采用昆虫细胞（草地贪夜蛾细胞）共表达受体和Gq蛋白，经过细胞裂解、亲和层析和分子筛纯化，获得了高质量的受体-激动剂-Gq复合物样品。
随后，利用冷冻电子显微镜技术，在300千伏的 Titan Krios 电镜上采集了数千张显微照片，经过图像处理、二维分类、三维重构等一系列计算，最终分别获得了分辨率为3.26埃（U46619复合物）和3.25埃（I-BOP复合物）的三维结构。在此基础上，研究人员还结合了BRET信号检测、定点突变和分子动力学模拟，对关键氨基酸残基的功能进行了验证。
研究人员发现，两种激动剂在结合口袋中呈现相似的L型构象，其羧酸基团与受体上的R295和H59形成关键的极性相互作用。突变实验证实，R295F突变使激动剂效能降低约200倍，而H59Y或H59F突变则完全消除了受体活性。值得注意的是，H59这个位置在其他前列腺素受体中通常是其他氨基酸，说明它是血栓素A2受体特有的识别元件。
研究者指出，激动剂的ω链末端能够深插入受体内部，与W258发生直接接触。然而，与传统A类G蛋白偶联受体的激活机制不同，血栓素A2受体在对应位置（3.36位）是一个甘氨酸（G116），而非通常的疏水性大侧链氨基酸。这个甘氨酸无法像经典“拨动开关”那样与W258协同作用。取而代之的是，TM7上的Q301扮演了关键的开关角色。在激动剂结合时，Q301的主链羰基与激动剂ω链的羟基形成氢键，同时其侧链与W258的相互作用被破坏，转而与N300形成新的氢键网络。这一重排触发了TM7胞内段的解旋和H8的巨大旋转（约70度），进而释放了TM6，使其向外摆动，为G蛋白的结合腾出空间。
此外，该研究还揭示了激动剂进入受体的特殊通道，与大多数水溶性配体从细胞外进入不同，血栓素A2是脂溶性分子，它从细胞膜内部横向进入受体的结合口袋。通过随机加速分子动力学和监督式分子动力学模拟，研究者发现激动剂主要通过TM1和TM7之间的缝隙进入，在某些情况下也可以通过TM1和TM2之间的缝隙进入。在活性结构中，TM1和TM7之间的缝隙被两个苯丙氨酸（F30和F34）形成的“疏水门”关闭，并且这个区域还结合了两个胆固醇分子，可能起到了稳定配体和封闭口袋的作用。一个与出血性疾病相关的突变W29C恰好位于这个胆固醇结合腔中，提示胆固醇结合异常可能是该突变致病的分子基础。
TP（血栓素A2受体）的激活态结构及功能表征
研究人员还比较了激动剂与拮抗剂的结合模式，尽管两者都呈现L型构象，但拮抗剂（如雷马曲班）在结合口袋中的位置更高，其磺酰胺基团与L78和T81形成额外的氢键。更重要的是，拮抗剂作为氢键受体，不与Q301的主链羰基相互作用，使得Q301的侧链能够与W258形成氢键，从而将受体稳定在非活性构象。
独特开关与膜内入口—药物设计的新思路
这项研究揭示了血栓素A2受体不同于经典A类G蛋白偶联受体的独特激活机制。经典激活模式依赖于TM3上的“拨动开关”残基（通常是亮氨酸或苯丙氨酸）与TM6上保守色氨酸的相互作用，而血栓素A2受体在该位置是甘氨酸，缺乏侧链，因此进化出了一套以Q301为中心的替代激活通路。这一发现拓宽了人们对G蛋白偶联受体激活多样性的认识，也为设计新型调节剂提供了新的靶点，比如，可以尝试开发模拟Q301与激动剂相互作用模式的小分子。
这项研究还明确了激动剂从细胞膜内横向进入受体的途径，这一“侧门”机制对于脂溶性配体而言可能具有普遍意义。结合胆固醇分子在活性结构中的位置，未来或许可以通过调控受体周围的脂质微环境来影响受体功能。此外，研究为多种与血栓素A2受体突变相关的遗传性出血疾病提供了结构解释，如N42S突变导致受体细胞表面表达下降，D304N突变影响配体结合等。这些结构信息不仅帮助理解了疾病的分子病理，也为个性化治疗提供了潜在的生物标志物。当然，目前的结构是受体被完全激活后的“快照”，配体进入过程中的中间构象以及受体在无配体状态下的动态行为仍有待进一步研究。（生物谷Bioon.com）
参考文献:
Krawinski, P., Matzov, D., Ryder, A. et al. Structural and dynamic insights into agonist recognition and function of the thromboxane A2 receptor. Nat Commun 17, 3071 (2026). doi：10.1038/s41467-026-69844-9