@生命科学领域，上科大近期科研成果速览
上科大近期科研速览@生命科学领域
胡霁组与合作者发现“麻醉牛奶”有望治抑郁
水雯箐组合作发展点击化学-亲和质谱技术用于GPCR配体筛选
王皞鹏组与合作者开发CAR-T理性设计平台
刘雪松组揭示新型肿瘤拷贝数变异模式
徐菲组在孤儿受体研究上再获多项进展
Yuu Kimata组揭示果蝇神经干细胞中心体分裂新机制
发现“麻醉牛奶”有治疗抑郁症的潜力
上世纪70年代初，一种乳白色的药物丙泊酚被发现具有稳定、舒适的镇静作用，它被形象地称为“牛奶”。自1986年正式进入临床使用以来，丙泊酚成为静脉麻醉药中当之无愧的“王者”，每年服务全球亿万患者。在临床使用中，大家发现丙泊酚不仅带来了催眠、镇静与遗忘，还常常让入睡的患者产生美梦，使他们心情愉悦，产生放松感。
3月13日，上科大生命学院胡霁团队、国家精神疾病医学中心（上海市精神卫生中心）脑健康研究院、上海市第六人民医院麻醉科研究团队合作，在《神经元》（Neuron）上发表研究论文，探讨了丙泊酚产生欣快感的神经机制，并挖掘出“麻醉牛奶”这款“老药”在抑郁症治疗中的新用途。
本工作首次发现丙泊酚能够特异性结合多巴胺转运体，部分阻断多巴胺分子重摄取过程，进而引起脑内多巴胺升高。丙泊酚与多巴胺转运体的结合模式有别于多种已知的药物分子（如可卡因），这也符合临床上观察到丙泊酚成瘾性较低的表现。进一步研究显示，丙泊酚可通过特定分子结合模式，调控奖赏中枢多巴胺水平，对抗快感缺失。本研究表明，“麻醉牛奶”这一老药，有望在专业医生指导下快速获得精神科的临床应用，从而给抑郁症患者带来新希望。研究团队已开展了针对丙泊酚分子的结构改造工作，以期进一步筛选疗效更好、低镇静、免成瘾的新型药物。
图 丙泊酚相关机制
点击化学-亲和质谱技术用于GPCR配体筛选
近日，上科大iHuman研究所水雯箐团队和上海交通大学及美国Scripps研究所合作，在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表研究，通过建立点击化学与亲和质谱联用技术，设计、合成并筛选模块化三氮唑分子库，发现了一组靶向胰高血糖素样肽-1受体的新型别构调控剂。
胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）属于G蛋白偶联受体（GPCR）家族，是治疗II型糖尿病和肥胖症的明星靶标。目前针对该靶标的小分子药物开发如火如荼，竞争激烈。为挖掘新的化学空间，水雯箐团队与其合作者独辟蹊径，利用双点击化学反应合成了10个结构全新的1,2,3-三氮唑库，从而对这个极具挑战的靶标开展配体筛选（图），揭示了两种新配体与受体新颖的结合模式：新配体作用于受体的胞外侧口袋，以一种类似“分子胶水”的形式来增强结合多肽配体的受体活性。
图 利用点击反应合成10个三氮唑库用于GLP1-R配体筛选
点击化学是Barry Sharpless在1999年提出的一种模块化合成理论，能够快速、高效地合成功能性分子。凭此卓越工作，K. Barry Sharpless与Morten Meldal、Carolyn Bertozzi共享2022年诺贝尔化学奖。本工作证明亲和质谱与模块化点击化合物库构建方法相结合，可极大提高配体筛选的化学空间的独特性和多样性，为GPCR药靶的调控剂设计与发现开辟了一条新路线。
开发CAR-T理性设计平台
近日，上科大生命学院王皞鹏团队联合复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、中科院分子细胞科学卓越创新中心、上海市第一人民医院团队在《细胞研究》（Cell Research）上发表研究论文，并被杂志列为精选论文（Featured Article）。研究阐明了CAR-T细胞中基底信号形成机制，并开发了基于基底信号调控的CAR理性设计平台， 为推进CAR-T细胞治疗实体瘤提供新策略。
CAR-T细胞治疗是通过在T细胞上表达嵌合型抗原受体（CAR），使其在体内能够识别并杀伤肿瘤细胞的一种肿瘤免疫疗法。CAR-T疗法在血液肿瘤治疗中展现出显著效果，但在治疗实体瘤方面一直疗效不佳，其中一个重要原因是CAR-T 细胞容易功能耗竭。近期研究发现，多数实体肿瘤CAR受体在无肿瘤抗原刺激时，仍然会产生一种持续的基底信号，而这种基底信号会持续刺激CAR-T细胞，导致后者功能耗竭。同时，基底信号的过度不足也会影响CAR-T细胞的持续和疗效。因此，了解基底信号形成和维持的机制是解决上述难题的关键。
本工作中，研究人员首次揭示了CAR受体表面正电荷斑块（PCP）介导的静电作用是基底信号的重要发生机制，建立了CAR理性设计的理论体系，能为CAR的结构设计提供评价指导和功能预测，大大加速CAR-T的研发效率和进程，进而推动肿瘤尤其是实体瘤CAR-T治疗研究领域的发展(图)。
图 CAR-T基底信号的产生机制与调控方法
揭示新型肿瘤拷贝数变异模式
近日，生命学院刘雪松团队在《生物信息学简报》(Briefings in Bioinformatics)发表研究论文，揭示了新型肿瘤基因组拷贝数变异模式，为深入研究肿瘤发生发展开辟了新角度，并为肿瘤精准诊断预测提供了全新的标志物体系。
肿瘤是由体细胞基因组DNA变异导致的复杂疾病，这些变异可以影响肿瘤细胞的生长、增殖和转移等生物学特性，同时也可影响肿瘤细胞对治疗的敏感性和耐药性。变异包括小规模变异和大规模变异。小规模变异包括单个碱基替换、小插入和缺失。大规模变异，即结构变异。拷贝数变异（copy number alteration, CNA）是结构变异的主要类型，在人类癌症中普遍存在。相比小规模变异，大规模变异是肿瘤细胞区别于正常细胞的关键分水岭。
刘雪松团队创新性地提出了一种独特的拷贝数片段分类方法。该方法整合了拷贝数片段的长度、片段绝对拷贝数、片段杂合性状态、片段前后背景形态等信息。相比现有，该方法能够提供更为细致的拷贝数片段信息，为深入理解CNA规律模式和发生驱动因素解读提供基础。其在肿瘤精准预后预测中的应用探究显示，部分CNA模式的强弱与肿瘤的预后密切相关，且这种相关性在不同来源、不同测序方法得到的数据中稳定存在，提示CNA模式在肿瘤精准预后诊断中具有重要的应用前景（图）。
图 拷贝数变异模式与癌症患者预后的关系
在孤儿受体研究上再获多项进展
iHuman研究所徐菲团队在孤儿受体研究上再传捷报，继2020年在Nature发表首个孤儿受体GPR52三维结构后，其研究团队又通过冷冻电镜技术首次解析了孤儿受体GPR21和孤儿受体GPR20的三维结构，研究近日分别在《自然•通讯》（Nature Communications）和《细胞发现》（Cell Discovery）上在线发表。
孤儿受体是一类特殊的GPCR，因其内源性配体尚未被发现而得名，寻找并鉴定其对应的内源性配体的过程即为脱孤。近年来，越来越多的研究报道了孤儿受体参与介导人体生命活动中的重要生理功能，基于结构信息了解孤儿受体特有的激活机制与结构特点，可以促进孤儿受体的功能研究，同时也能够指导内源性配体分子的发现，使得孤儿受体脱孤。
孤儿受体GPR21几乎在所有组织中表达，尤其在大脑中高度表达。GPR21基因敲除的小鼠在高脂饮食中较野生型表现出胰岛素敏感性增加、糖耐量提高和促炎性标记物减少，GPR21可能是2型糖尿病和其他代谢紊乱的潜在新靶点。工作一发现GPR21与GPR52的ECL2高度保守，ECL2作为内置型激动剂维持了GPR21-G蛋白复合物构像（图1），还揭示了GPR21新颖的侧位口袋和相对灵活的第六个跨膜α螺旋，阐释了其与经典A家族GPCR不同的激活机制。这些发现均为GPR21的药物发现提供了支撑。
图 1 孤儿受体GPR21与下游G蛋白三聚体的复合物结构模型图（左）；GPR21与GPR52的胞外环2（ECL2）的比较（右）
孤儿受体GPR20是A家族的另一个具有高本底活性的Gi蛋白偶联的GPCR。目前针对GPR20的研究非常少，主要报道了其在胃肠道间质瘤（GIST）中高度表达。因此GPR20被认为是治疗GIST的非酪氨酸激酶新靶点。工作二首次发现了GPR20独特的N端螺旋（N-cap）伸入跨膜区，并通过一个疏水网络将信号传递到A家族保守的toggle switch上导致了受体的活化，实现了自身的自激活，解释了GPR20受体具有高本底活性的原因（图2）；揭示了GPR20与抗体片段之间具体的分子相互作用，还发现了一个未知密度占据了GPR20的正构口袋，为探索GPR20的脱孤和药物研发提供了新线索。
图2 GPR20复合物冷冻电镜密度图（a）；GPR20独特的N端帽区（b）
揭示果蝇神经干细胞中心体分裂新机制
近日，生命学院Yuu Kimata团队与英国邓迪大学团队合作，在EMBO Reports上发表研究，揭示了细胞周期关键蛋白APC/C对其底物Spd2的降解在果蝇神经干细胞有丝分裂中期调控中心体不对称分裂中具有重要功能。
中心体（centrosome）是动物细胞中一种重要的细胞器，在调节细胞不对称分裂时起着关键作用。中心体功能的障碍与多种人类疾病有关，如癌症、小头症和纤毛病等。泛素化被认为是调控中心粒复制的关键，然而对泛素化的研究多数仅限于控制中心体数量。APC/C（后期促进复合物/环状体）是一种进化保守的泛素连接酶复合物，可控制细胞周期的进程，还调节其他重要过程，包括代谢、神经元功能和肿瘤抑制。在果蝇神经干细胞中，两个中心体在有丝分裂间期表现出不同的微管成核活性，中心体的这种不对称活性对于神经干细胞分裂轴的维持很重要。
本工作揭示了进化上保守的中心体成分Spd2 (哺乳动物中的中心体蛋白CEP192) 是细胞周期调节酶APC/C泛素连接酶的底物。Spd2不能被APC/C降解而累积时，本应遗传给神经干细胞的子中心体被错误分裂到神经节母细胞中；Spd2的聚集降低了PCM蛋白在中心体上的不对称分布，增加了Spd2的流动性，这可能会阻止polo对Spd2的磷酸化。Polo是APC/C 底物之一，同时是中心体完整性和微管核活动的关键调控因子。本工作首次证明泛素介导的PCM的降解对中心体功能的影响，特别是在干细胞的不对称细胞分裂中的作用，为治疗中心体的失调而导致的疾病提供了新思路。
图 野生型幼虫神经干细胞 (neuroblasts, NBs)和Spd2蛋白水平增加的NBs间期中心体的示意图
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