人血管活性肠肽受体1（VIP1R）是B类GPCR成员，广泛分布于中枢神经系统的大脑皮质和下丘脑。在生物体内，VIP1R在心脏节律、学习、记忆、焦虑以及机体对应激和脑损伤应答等方面发挥着重要的调节作用。开发靶向VIP1R的多肽和小分子药物对睡眠紊乱、中风、神经退行性疾病，以及和老龄化相关的记忆损伤等疾病的治疗具有积极作用。
VIP1R受体与下游Gs效应蛋白组装效率相对较低，导致复合物稳定性差和构象不均一等问题，为该受体复合物的结构解析带来了诸多技术难题。传统NanoBiT方法基于蛋白质构象互补的原理，利用大片段（LgBiT）和小片段（SmBiT）互补结合为完整且具有活性的荧光素酶，从而实现蛋白质间互作的检测。受到该系统的启发，研究团队开创性地利用与LgBiT具有更强亲和力的SmBiT突变体HiBiT，通过分别将LgBiT和HiBiT与VIP1R和Gs蛋白连接，增加局部的复合物组分浓度，提高了复合物的组装效率和样品稳定性，最终获得了稳定的VIP1R复合物用于结构研究（图1a）。
利用单颗粒冷冻电镜重构技术，研究人员首次解析了VIP1R结合PACAP27和Gs蛋白复合物的高分辨率结构（图1b）。通过对比其他B类GPCR成员的多肽结合口袋，研究发现VIP1R具有相对较小的胞内多肽配体结合口袋，并进一步明确了PACAP27多肽结合VIP1R的结构细节，从结构和功能层面确证了多肽氨基末端残基对VIP1R结合和激活的关键作用（图1c）；通过比对VIP1R的同亚家族受体垂体腺苷酸环化酶激活多肽受体I（PAC1R）与PACAP38复合物的结构，研究人员对PACAP配体识别该亚家族受体的特性进行了对比分析。相对PAC1R，内源性配体VIP对VIP1R显示出更高的选择性，研究也对该VIP的受体选择性提供了潜在的结构学解释；最后，研究人员阐明了VIP1R受体激活和G蛋白偶联的机制，以及该机制相较其他B类GPCR成员的异同等。该项研究对理解多肽受体识别并激活VIP1R的分子机制奠定了结构基础，拓展了对整个B类GPCR家族配体识别和信号转导机理的认识，也为以VIP1R为靶点的多肽和小分子药物开发提供了结构模型。
中科院上海药物所博士生段佳、浙江大学基础医学院博士生沈丹丹、美国温安洛研究所Edward Zhou和浙江大学基础医学院毕鹏是本论文的共同第一作者；上海药物所蒋轶研究员、徐华强研究员和张岩研究员为本论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委和中科院先导专项等项目的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17933-8
图1：人血管活性肠肽受体1的冷冻电镜结构解析。a, NanoBiT策略；b, PACAP27-VIP1R-Gs复合物的冷冻电镜密度图；c, PACAP27与VIP1R受体结合细节示意图
（供稿部门：徐华强课题组 供稿人：蒋轶）
