技術(shù) | 太上老君的煉丹爐：GPCRs 的熱穩 定技術(shù) 

作者：毛博 （需要資料圖聯(lián)系超博小凌）

*，G-蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupled receptors，GPCRs）是生物學(xué)和醫學(xué)上非常重 要的膜蛋白，目前已經(jīng)有 15 種 GPCRs 的結構得以確定。但是，GPCRs 的結構非常不穩定；

GPCRs 的序列非常難以測定，這就造成了研究的困難和瓶頸。如何精確快速地測定 GPCRs 的 結構及其氨基酸序列一直是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。為了解決這一難題，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出 來(lái)一種全新的技術(shù)——熱穩定技術(shù)(thermostabilisation)。就象太上老君的煉丹爐一樣，通過(guò) 測定和改變 GPCRs 的熱穩定性來(lái)決定其結構和序列，調節其功能。Cell 的一篇綜述《A crystal clear solution for determining G-protein-coupled receptorstructures》就詳細解釋和闡述了這一 Zui新的技術(shù)。 

什么是 thermostabilisation 技術(shù)？ 

*，蛋白質(zhì)的熱穩定性是由它的氨基酸序列所決定的。但是，即使是氨基酸序列高度

相似的蛋白質(zhì)，如果來(lái)自不同的有機體，它們的熱穩定性也可能*不同。例如,來(lái)自火雞的

β1AR 與來(lái)自人類(lèi)的 β1AR 的氨基酸序列有 76%是*一致的，但是它們的熱穩定性卻*

不同。甚至，DNA 的點(diǎn)突變也可以增加蛋白質(zhì)的穩定性，比如 KcsA、M13、DGK 位置的點(diǎn)突

變。因此，GPCRs 的 thermostabilisation 技術(shù)的原理就是通過(guò)測量 GPCRs 的熱穩定性來(lái)反推

其氨基酸序列。 

理論上，任何的熱穩定性分析技術(shù)都可以使用,但是放射性配體結合試驗因為其有著(zhù)非常高

的產(chǎn)量和靈敏度等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，成為測量 GPCRs 的熱穩定性的NO1選方法。目前，這一技術(shù)已經(jīng)

被成功地用于大腸桿菌（Escherichia coli）表面 GPCRs 的熱穩定性的測量。 

Thermostabilisation 技術(shù)用于 GPCRs 結構研究 

目前，thermostabilisation 技術(shù)已經(jīng)成功地應用于 3 種人類(lèi) GPCPs。它們是 β1AR ,A2AR 以及

神經(jīng)降壓素受體。通過(guò) thermostabilisation 技術(shù)不僅能夠反推蛋白質(zhì)的氨基酸序列，還可以

增加蛋白質(zhì)的熱穩定性。目前，β1AR 和 A2AR 的熱穩定性已經(jīng)可以分別提高 8℃和 14℃。

這極大地增加了 β1AR 和 A2AR 的穩定性，為研究和確定其序列和結構提供了基礎。 

Thermostabilisation 技術(shù)還可以將 GPCPs 的熱穩定性較高的突變體結合和串聯(lián)起來(lái)，從而生

成熱穩定性更高的 GPCPs。如下圖所示，A2AR 有三種熱穩定性較高的突變體：GL0、GL10 以

及 GL23。通過(guò) thermostabilisation 技術(shù)將其串聯(lián)起來(lái)，生成了熱穩定性很高的新突變體：

A2AR-GL26。其熱穩定性遠遠高于野生型 A2AR（WT）。 

Thermostabilisation 技術(shù)用于藥物研發(fā) 

任何改變GPCPs熱穩定性的技術(shù)都將改變其藥理學(xué)性質(zhì)，thermostabilisation技術(shù)也不例外。

在熱穩定性增加之后，GPCPs 與配體的結合力將會(huì )發(fā)生改變。例如，A2AR 的熱穩定性增加

了之后，其與 ZM241385、CGS15943、SCH58621 的結合力顯著(zhù)性增加。如下圖所示，A2AR

GL26 的結合力遠遠大于 A2AR-GL23；而 A2AR-GL23 又遠遠大于 A2AR-GL0。 

因此，可以通過(guò)改變 GPCPs 的熱穩定性，調節其與配體的結合能力。在需要增加結合能力的

時(shí)候，有意識地增加其熱穩定性；而在需要減弱其結合能力的時(shí)候，有意識地降低其熱穩定

性，從而達到改變其藥理學(xué)性質(zhì)的目的。 

G-蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupled receptors，GPCRs）是生物學(xué)和醫學(xué)上非常重要的膜蛋白，

但是，由于其結構的不穩定性，造成了研究的困難。熱穩定技術(shù)(thermostabilisation)一方面

通過(guò)測定 GPCRs 的熱穩定性來(lái)反推其結構和序列，另一方面，可以直接改變 GPCRs 的熱穩

定性來(lái)改變其藥理學(xué)性質(zhì)。熱穩定技術(shù)(thermostabilisation)在藥物開(kāi)發(fā)、基礎研究以及臨床

治療方面正在得到越來(lái)越廣泛的應用。 

參考文獻 

A crystal clear solution fordetermining G-protein-coupled receptor structures