image: Sphingosine-1-phosphate receptors are the targets for treating many human diseases and selectivity is one of the major hindrances during drug development. Two crystal structures of human sphingosine-1-phosphate receptor 3 in complex with one bitopic ligand SPM-242 as well as allosteric ligands Cpd-32 or CYM52581 bound simultaneously was reported, and together with cryo-electron microscopy structures of S1P2 and S1P3 in complex with heterotrimeric Gi protein, the activation process of Sphingosine-1-phosphate receptors is revealed and the key sites for designation of better selective S1P ligands are proposed.
Credit: HIGHER EDUCATION PRESS
本研究揭示了磷酸鞘氨醇-1-（S1P）受体（特别是S1P2 and S1P3）中变构和双位点（Bitopic）配体结合的结构基础。通过高分辨率结构分析，研究发现了全新的结合模式，为开发具有亚型选择性的GPCR靶向药物提供了重要的结构框架。
研究背景
S1P受体家族（S1P1-S1P5）在细胞存活、迁移和炎症中起关键作用，是癌症、纤维化和心血管疾病的重要治疗靶点。例如，S1P3能抑制肿瘤血管生成，而S1P1则促进转移。然而，由于对配体结合机制缺乏深入了解，开发高选择性药物一直面临巨大挑战。变构调节剂虽具优势，但在A类GPCR中的发现和应用仍十分困难。
研究方法
研究团队综合运用了多种前沿结构生物学技术：
1. 晶体结构测定：解析了人源S1P3与双位点拮抗剂SPM-242及变构拮抗剂（Cpd-32、CYM52581）结合的非活性状态结构。
2. 冷冻电镜（Cryo-EM）：解析了S1P2和S1P3与Gi蛋白复合物的结构，揭示了其抑制机制。
3. 功能实验与突变分析：通过位点定向突变验证了关键残基对配体识别和拮抗效应的影响。
关键发现
研究取得了多项突破性进展：
- 双位点结合模式：SPM-242通过其两性离子头部模拟内源性S1P，同时占据正变构口袋（Orthosteric pocket）和独特的变构口袋。
- 新型变构位点：首次在A类GPCR中发现位于螺旋束外部的脂质暴露变构位点，变构配体通过与S117残基形成氢键，将受体锁定在非活性状态。
- 协同抑制效应：双位点与变构配体的同时结合具有协同作用，显著增强了受体的稳定性。
- 选择性决定因素：变构口袋的高度序列差异是实现S1P受体亚型选择性设计的关键，研究识别了决定S1P3优于S1P1选择性的特定氨基酸残基。
意义与展望
该研究为S1P受体的理性药物设计提供了详尽的结构蓝图。识别出的独特变构和双位点结合口袋，使得通过基于结构的药物优化来开发高选择性拮抗剂成为可能，有望克服现有药物选择性差的局限，为精准治疗癌症和炎症疾病开辟新路径。
Journal
Protein & Cell
Method of Research
Experimental study
Subject of Research
Not applicable
Article Title
Structural basis of allosteric and bitopic ligands binding in sphingosine-1-phosphate receptors 2 and 3
Article Publication Date
20-Aug-2025