1月23日，中國科學院腦科學與智能技術卓越中心竺淑佳研究組和上海藥物研究所李揚研究組合作，在《細胞》（Cell）上在線發表了題為《成年哺乳動物大腦皮層和海馬內源NMDA受體的組裝和結構》的研究論文。該團隊通過提取大鼠大腦皮層和海馬中的內源N-甲基-?-天冬氨酸（NMDA）受體，解析出3種主要亞型和比例，揭示了內源NMDA受體的原子分辨率三維結構，突破了NMDA受體的分子結構與功能研究局限于異源重組表達系統的瓶頸。這一成果為開發靶向NMDA受體治療神經或精神類疾病的新型藥物奠定了重要理論基礎。
學習和記憶是人類認知與感知世界的高級腦功能，而突觸可塑性的改變被認為是學習和記憶的物質基礎。NMDA受體存在于突觸上的離子型谷氨酸門控通道家族，廣泛參與神經發育、突觸可塑性、學習記憶、認知及情緒等高級腦功能調控，被視為學習和記憶的關鍵“分子開關”。NMDA受體在負責學習和記憶相關高級認知功能的腦區發揮重要作用；受體通道對鈣離子具備高通透性，根據突觸活動的強弱調控突觸連接的強度，并參與下游信號介導基因的表達和新突觸的形成。近年來的臨床醫學研究發現，NMDA受體功能障礙與一系列神經及精神疾病密切相關，包括NMDA受體突變相關的罕見病、癲癇、精神分裂癥和自身免疫性腦炎等。因此，NMDA受體是腦疾病領域藥物設計的熱門靶點。目前，已有靶向NMDA受體的分子用于臨床治療抑郁癥和阿爾茨海默癥。
在哺乳動物中，NMDA受體由7個不同基因編碼形成7個不同亞基。有功能的NMDA受體通常由兩個必需的GluN1亞基和兩個可變的GluN2/3亞基組裝形成二異四聚體或三異四聚體。過去，利用體外重組表達系統，NMDA受體亞型的結構與功能已被大量解析。而大腦中內源NMDA受體的亞基表達和受體組裝受到嚴格的大腦發育時空變化調控。腦內調控學習與記憶的是哪些內源NMDA受體、它們在大腦中的占比以及它們的組裝形式和已知的異源重組受體是否存在差異等問題尚不清楚，這限制了科研人員對突觸分子功能的認知。
為了從腦組織中分離出內源NMDA受體，竺淑佳團隊通過多年的技術積累，定制了靶向各個NMDA受體亞基的構象特異性單克隆抗體。該團隊通過異源重組表達的不同NMDA亞型蛋白逐一免疫小鼠，通過雜交瘤技術和活細胞染色篩選出靶向NMDA受體各亞基的選擇性單抗。借助這些實驗室自制的超高親和力抗體工具，該團隊在成年大鼠的大腦皮層和海馬中富集和分離出豐度極低的內源NMDA受體。
該研究利用冷凍電鏡技術，在皮層和海馬中的內源NMDA受體解析出三種主要的受體亞型——GluN1-N2A-N2B三異四聚體、GluN1-N2B二異四聚體和GluN1-N2A二異四聚體，分別占45%、35%、20%的比例。研究發現了GluN1-N2A-N2B三異四聚體是內源豐度最高的亞型，強調了GluN2A和GluN2B亞基在生理狀態同一受體中的功能整合。這更新了領域內三十年來認為發育關鍵期是從GluN1-2B轉變為GluN1-2A的觀點，應修正為從出生時GluN1-2B轉變為成年的GluN1-2A-2B、GluN1-2B和GluN1-2A三種亞型共存的論點。
進一步，該研究通過結構對比發現了GluN2B亞基在GluN1-N2A-N2B三異四聚體和GluN1-N2B二異四聚體中的構象區別，揭示了同一亞基在不同受體中存在構象差異，以及這一差異決定不同亞型的生物物理學、藥理學和通道開放屬性。不同內源NMDA受體間的構象差異，為探討內源NMDA受體的功能多樣性以及不同受體的藥理差異奠定了分子基礎。這為設計具有亞基特異性且具有亞型偏好性的化合物提供了可能，有助于提高NMDA受體藥物的靶向性。
研究工作得到科技創新-2030重大項目、國家自然科學基金、中國科學院相關項目等的支持。
NMDA受體亞基時空表達和四聚體組裝的多樣性
靶向NMDA受體亞基的高親和力單抗的開發和內源NMDA受體的富集純化策略
皮層和海馬內源NMDA受體的主要亞型和不同亞基在單細胞轉錄組水平上的分布
內源NMDA受體亞型間的構象與藥理學特性差異
本文鏈接：研究解析成年哺乳動物大腦皮層和海馬內源NMDA受體的組裝和結構http://www.sq15.cn/show-12-677-0.html
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