新型配体选择性结合与调控FXR功能的机理研究

Farnesoid X receptor (FXR) is an important therapeutic target for metabolic diseases such as Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), but the unclear mechanism of ligand regulation leads to the blindness of drug research and development. Due to the plasticity of FXR ligand binding pocket different binding modes of ligands exhibit different physiological functions. In the previous study, we found a novel natural product as FXR ligand with the therapeutic effects on NAFLD. Based on it, a series of FXR ligands have been designed and synthesized. Interestingly, there are two types of binding mode discovered in these ligands. X-ray crystallography analysis revealed that a classic single-pocket and a new dual-pocket binding modes. Moreover, the two binding modes exhibit differential cofactor recruitment features. This project will proceed to study the structural mechanism of the two binding modes by X-ray crystallography on corresponding ligands, so as to find the key factors that cause the physiological functions of FXR. Selective regulation of recruitment of FXR cofactors and downstream signaling will be explored for the two binding models. Further, the knockout and disease mouse models of NAFLD will be used to exploit the potential functional difference between the ligands with the two binding modes. The results of this study will give a new idea for the study of the site-directed regulation mechanism of FXR ligands and provide the tool compound with selective regulation on FXR。Moreover, the study will give a new theoretical basis and design direction for the drug development targeting FXR.

法尼基衍生物X受体(FXR)是NAFLD等代谢疾病的重要治疗靶标，但配体调控机制不明确导致该靶标药物研发具有盲目性，这是因为其配体结合口袋的可塑性导致配体可与其以不同模式结合，产生不同的生理功能。前期研究中，基于我们发现的具有NAFLD治疗作用的FXR天然产物配体设计合成的系列新型FXR配体化合物中存在两种不同结合模式。晶体解析得到单口袋与全新的双口袋结合模式。两种结合模式表现出不同的选择性辅因子招募特征。本项目将基于晶体结构，探究系列化合物诱导FXR产生两种结合模式的结构机理；探索两类结合模式如何影响FXR功能调控，以辅因子募集差异选择性为线索，研究两种模式所导致的下游信号通路变化；利用基因敲除鼠和小鼠疾病模型挖掘两类配体潜在的选择性功能差异。本研究成果将提供配体定向调节FXR功能研究的新思路，得到具有选择性调控的工具分子，为以FXR为靶标的药物研发提供新的理论依据和设计方向。

法尼基衍生物X受体(FXR)是NAFLD等代谢疾病的重要治疗靶标，但配体调控机制不明确导致该靶标药物研发具有盲目性，这是因为其配体结合口袋的可塑性导致配体可与其以不同模式结合，产生不同的生理功能。前期研究中，基于我们发现的具有NAFLD治疗作用的FXR天然产物配体设计合成的系列新型FXR配体化合物中存在两种不同结合模式。本项目中我们继续合成了系列化合物，通过晶体复合物不断解析，最终得到四个全新的晶体结构；晶体解析得到单口袋与全新的双口袋结合模式。两种结合模式表现出不同的选择性辅因子招募特征。进一步对所设计合成系列化合物的生物活性进行了反复检测筛选，在系列化合物，半数以上化合物具有较好的 FXR 活性，并通过蛋白与细胞活性探讨了系列第一种结合模式的构效机理；在所有活性化合物中出现两种不同辅因子的招募选择性，其中 TD5/22/12/11/17/18/30/32保留了与先导化合物T72 抑制辅因子选择性，而化合物TD10/16/28/29/23/31则出现了一定NCoR 招募活性，其中TD5 与TD10 最具有代表性的，其FXR的激动活性分别为380nM和340nM; 同时，TD5、TD10 与 T72 对 FXR 的 NCoR 的招募活性进行了 EC50 的测定分别为7.96uM、12.88uM、850nM，结果证明 TD10具有较高 NCoR 的招募活性。因此,双口袋结合的配体具有一定的FXR双向调节性。且利用小鼠疾病模型挖掘两类配体潜在的选择性功能差异和下游基因的调控差异。其中TD5和TD10处理显着都诱导AKR1B7的表达，但是TD5的活性更为显著，两者均并有效下调脂肪中的炎症基因表达，且其中TD5对于炎症因子的下调更为显著。本研究成果将提供配体定向调节FXR功能研究的新思路，得到具有选择性调控的工具分子，为以FXR为靶标的药物研发提供新的理论依据和设计方向。