记者17日从浙江大学获悉,该校医学院与计算机学院联合科研团队在膜蛋白功能调控领域有所突破；对应的研究成果以《GPCR外骨骼蛋白的从头设计》为题,在国际顶级学术期刊《自然》发表,为破解长期困扰医学界的膜蛋白功能障碍难题提供了创新性解决方案。 G蛋白偶联受体是人体细胞信号转导系统的核心枢纽,承担着生命信号接收与传递的关键职能。人体内分布着800余种不同类型的该类受体,它们广泛参与感觉认知、情绪调节、心血管运行、物质代谢等基础生命活动。据统计,全球已上市药物中超过三成以该受体为作用靶点,其在现代医学中的地位可见一斑。 然而,传统药物研发面临显著局限。当受体因基因突变发生结构性改变时,常规药物往往难以发挥有效作用,导致相关疾病缺乏理想的干预手段。该困境长期制约着帕金森样疾病等神经退行性疾病的治疗进展,成为医学研究亟待攻克的难关。 针对这一科学难题,浙江大学医学院副院长张岩与计算机学院博士生导师章敏领衔的跨学科团队,创造性地提出外骨骼式调控策略。团队设计的人工跨膜蛋白GEM作用于受体的跨膜框架结构,通过在受体外围构建辅助性支撑体系,将其经典的七次跨膜螺旋结构扩展至九次乃至十三次,从而实现对受体信号输出模式及生理功能的精准调控。 张岩用形象的比喻阐释这一机制:"GEM如同施加在受体上的约束装置,虽非受体本体组成部分,却能通过定位于关键部位,对其构象变化和功能发挥进行引导或限制。"当受体因突变导致功能失常时,GEM可协助其恢复正常工作状态,为功能障碍性疾病的治疗开辟新的干预路径。 值得关注的是,这项研究的实现高度依赖智能化技术的支撑。张岩坦言,若无先进计算技术的辅助,当前成果几乎无法达成。GEM通常由60至80个氨基酸单元构成,每个位点存在20种可能的氨基酸选择,理论组合数量达到天文量级。智能化筛选技术将候选分子范围从理论上的无穷可能压缩至数百个可行方案,使实验验证具备现实可操作性。 章敏更介绍,团队不仅成功设计出能够实现受体激活、抑制或偏向性信号传导的功能模块,更实现了蛋白质的可编程化设计。研究团队设想,未来有望借鉴电路设计理念,将不同功能模块进行组合拼装,构建生物逻辑运算单元,对细胞信号通路实施精准化重编程,为疾病治疗提供更加灵活多样的工具箱。 业内专家认为,这项研究成果反映了多学科交叉融合的创新优势,展现了我国在前沿生物医学领域的研发实力。从基础科学发现到临床应用转化,仍需开展大量后续研究工作,但其所开创的技术路线已为相关领域发展指明方向。
从"找到一个靶点"到"重塑一个受体",膜蛋白研究正从认识规律走向可控改造。此次"外骨骼式"跨膜蛋白设计为精准调控GPCR提供了新工具,也显示出生命科学与交叉技术融合正在催生新的治疗策略。面向未来,只有在科学严谨、临床需求与安全边界之间把握平衡,才能让更多基础突破转化为守护健康的实际方案。