制药行业中一直被忽视的靶点：核受体
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我们通常接触到的受体，大都是细胞膜上的受体，了解再深一步的是细胞浆受体。对细胞核内的核受体知之甚少。
01 受体的分类
受体是一类存在于胞膜或胞内的，能与细胞外专一信号分子结合进而激活细胞内一系列生物化学反应，使细胞对外界刺激产生相应的效应的特殊蛋白质。与受体结合的生物活性物质统称为配体（ligand)。受体与配体结合即发生分子构象变化，从而引起细胞反应，如介导细胞间信号转导、细胞间黏合、胞吞等过程。
目前受体主要分为：细胞膜受体、胞浆受体和核受体。
细胞膜受体：膜受体存在于细胞膜上，它们绝大部分是镶嵌糖蛋白。主要包括3大类，分别为配体依赖性离子通道受体、G蛋白偶联受体和单个跨膜α螺旋受体。膜受体与其相应的配体结合后可以激活细胞膜上的腺苷酸环化酶,使腺苷三磷酸变成环腺苷酸(cAMP)。cAMP和cGMP再通过对细胞内各种酶系的作用，影响细胞的代谢，产生各种生理效应。
配体依赖性离子通道受体：目前已发现13种配体依赖性离子通道受体，受体由配体结合部位与离子通道两部分组成。当配体与配体门控受体结合后，可使离子通道打开或关闭，从而改变膜的通透性。阳离子通道入口处的氨基酸残基多带负电荷，而阴离子通道则多带正电荷，故它们能选择性地通过阳离子或阴离子。不同类型的受体所含亚基数目和种类不相同，但其基本结构是相似的。
如烟碱型乙酰胆碱受体，是一种酸性糖蛋白，由4 种亚基形成的5 聚体( α2βγδ) 围成一个离子通道。各亚基的亲水性N末端区域位于胞外，C末端区域主要位于胞内，但羧基端又伸向胞外。每个亚基的两个亲水区域之间具有4个疏水的α螺旋跨膜区。当乙酰胆碱与位于2个α亚基外侧的配体结合位点结合时，使离子通道开放，产生离子的跨膜流动。因为依赖离子通道受体转导的信息不依赖任何细胞内或膜的可扩散因子，所以它们能快速地传递信息。
图1 配体依赖性离子通道受体结构示意图
G蛋白偶联受体(G－protein coupled receptors，GPCRs)又称七跨膜受体，此类受体研究得最为广泛和透彻，目前已知的GPCRs已多达1000多种。该类受体对多种激素和神经递质作出应答。
GRCP由一条肽链组成，其N端在细胞外侧，C端形成细胞内的尾巴，中段形成七个跨膜的α螺旋结构和三个细胞外环与三个细胞内环。每个α螺旋结构分别由20～25个疏水氨基酸组成。
这类受体的疏水螺旋区的一级结构是高度同源的，亲水环的一级结构有较大的变异。这类受体的特点是其胞浆面第二和第三个环能与G蛋白相偶联。不同的受体有不同的糖基化模式。此类受体包括配体结合结构域和胞内结构域，当配体与细胞表面的受体结合后，它们的相互作用引起受体构象的改变，使它能与细胞膜的G蛋白相互作用，形成高亲和力的配体－受体－G蛋白复合体。
图2 G蛋白偶联受体结构示意图
单个跨膜α螺旋受体：相对于G蛋白偶联受体的七次跨膜受体，这类受体在缺乏配体时，往往以单体形式存在，以单跨膜的α螺旋区与细胞膜结合，其配体通常是多肽链。受体与配体结合即具有(或偶联有)蛋白酪氨酸激酶活性，或蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性。根据受体结构的差别又分为四种类型:
①蛋白酪氨酸激酶受体。包括胰岛素受体和多种生长因子受体，如胰岛素受体则由两对αβ链通过二硫键连接成α2β2四聚体;
②蛋白丝氨酸和苏氨酸激酶受体。TGFβ(转化生长因子β) 家族被分成两个亚家族—Ⅰ型受体(TβR－Ⅰ)和Ⅱ型受体( TβR－Ⅱ)，Ⅰ型受体比Ⅱ型受体保守。TGFβ受体家族成员通过受体的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶转导信息;
③非催化型单个跨膜受体—细胞因子受体。配体如细胞因子和生长激素，不具有酶的催化活性，但是此类受体在近膜区有与非受体型蛋白酪氨酸激酶( NRTKs)结合的结构域。受体与配体结合后，可与激酶偶联而表现出酶活性，从而使受体及底物的酪氨酸残基磷酸化。可见，NRTKs在这类受体的功能中发挥巨大的作用，它参与调节一系列信息转导过程，包括有丝分裂、激活T细胞和B细胞以及细胞骨架收缩;
④具有鸟嘌呤环化酶活性的受体。它们的配体包括心钠素和鸟苷蛋白。该受体由同源的三聚体或四聚体组成，每一条亚基包括N末端的胞外受体结构域、跨膜区域、膜内的蛋白激酶样结构域和C－末端的鸟苷酸环化酶催化结构域。单个跨膜结构域和胞内近膜区具有一长度为37个氨基酸残基的片段。蛋白激酶样结构域无激酶活性，目前尚不知它的功能。每条亚基通过胞外受体结构域间的氢键连接成三聚体或四聚体。
胞浆受体：这类受体存在于细胞浆内，如：雌二醇、孕酮、睾酮、肾上腺皮质激素等甾体激素的受体。这类受体与核受体类似，如下图，胞浆受体复合物也是通过核受体发挥作用。
图3 胞浆受体的作用机制
02 核受体概述
核受体（NRs）的研究始于20世纪80年代中期，当时几个激素受体的分子克隆揭示了它们在结构组成方面存在共同的体系结构。由于NRs在许多生理过程中具有重要功能，并直接与多种人类疾病相关，因此长期以来一直将其作为治疗药物的靶点。据估计，NR配体约占全球制药市场小分子药物的15%至20%。
目前，直接靶向不同NRs的药物已广泛应用于治疗各种疾病，例如靶向雌激素受体（ER）的他莫昔芬和依维莫司用于乳腺癌和骨质疏松症，靶向雄激素受体（AR）的卡索芬用于前列腺癌，靶向视黄酸X受体（RXR）的塔格雷汀用于皮肤癌，以及靶向过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（PPARγ）的格列酮用于2型糖尿病。此外，目前还有大量具有更强结合亲和力和更好特异性的化合物正在研究和开发阶段，用于新的NR靶向药物。
由于胞质受体与配体结合后,一般也要转入核内发挥作用,通常把细胞内的受体统称为核受体(nuclearreceptor)。能与核受体结合的配体主要是直接进入胞内的胞外信使分子,通常为小分子脂溶性物质,如类固醇激素等。
图4 核受体介导的信号传导
核受体分类：核受体是生物体内广泛分布的一类超家族蛋白质，由48个家族成员组成，包括经典核受体和孤儿核受体根据其和配体的关系，核受体家族可以分为四类：
第一类是经典核受体，能够与内源性配体结合，包括皮质醇激素受体、甲状腺激素受体和性激素受体以及维生素Ａ和Ｄ的代谢物；
第二类是“领养”的孤儿核受体，是指原先没有发现内源性配体，但通过内分泌学方法鉴定出的具有高亲和力天然配体的核受体，包括血红素、胆固醇代谢物、胆汁酸和9－顺式维甲酸；
第三类是“寄养”的孤儿核受体，是指已经鉴定出的低亲和力天然配体或结构配体的核受体，包括长链脂肪酸（PPARα/δ/γ）、异源物代谢核受体（CAR和PXR）、磷脂（SF1和LRH1）、胆固醇代谢产物（RORɑ/β/γ）和脂肪酸（HNF4ɑ/β）。
第四类是孤儿核受体，是指目前仍未发现内源性配体的核受体。核受体在调节代谢途径、维持稳态、免疫应答和疾病发生中发挥重要作用，常作为药物研究的靶点。核受体通常以配体依赖性的方式直接与多种亲脂性分子结合，调控细胞内特定信号通路的基因表达。
图5 核受体家族及其配体
03 核受体结构和功能
在结构上，所有核受体都具有较高的序列同一性和保守的结构域。经典的核受体主要包括四个功能结构域：N 端转录激活域（N-terminal；NTD）、DNA结合域（DNA binding domain；DBD）、配体结合域（Ligand binding domain；LBD）以及连接DBD和LBD的铰链区（Hinge domain；H）。其中，DBD 的结构特征允许核受体以不同的方式各自识别其目标基因。而LBD在配体介导的转录活性发挥过程中起着至关重要的作用。除了与配体结合，LBD还包含一个激活功能区2（Activation function-2；AF2），其构象高度依赖于所结合的配体。
N端的激活功能区1（Activation function-1；AF1）所在结构域灵活多变，目前还没有晶体结构被解析出来。但并非所有的核受体都含有经典的四个结构域。例如NR0亚家族，其成员的结构中常不具有DBD或LBD。其中Dax-1和SHP两个核受体都只包含LBD结构，不具备
DBD，但它们仍然可以与其他转录因子（Transcription factors；TFs）结合抑制下游基因的表达。
此外，晶体结构学的发展揭示了大多数核受体具有相似的结构特征，这表明它们在配体结合和共激活因子招募等方面的分子机制是相似的。
一般来讲，核受体可采用三种不同的模式（核受体单体，同源二聚或者异源二聚等形式）与DNA作用发挥转录功能，具体采用哪种模式与核受体的特定类型有关。如视黄酸相关的孤儿受体γ（Retinoic acid receptor-related orphan receptor γ；RORγ）通过单体的形式与DNA作用元件结合调控基因的转录和表达。视黄酸受体（Retinoid X receptor；RXR）可同源二聚或与其他核受体形成异源二聚体启动下游基因转录。
图6 核受体的结构和功能域
核受体能够与细胞内的多种共调节因子相互作用，因而也可以参与多种基因的间接调控。这些共调节因子在核受体转录活性的调控中发挥着至关重要的作用。在配体不存在的条件下其中的共抑制因子可以通过与核受体相互作用，使核受体的转录活性受到抑制。
而当感应到配体激活信号时，一方面，配体小分子与核受体的结合取代了辅阻遏因子与核受体的结合，另一方面，也可能通过募集共激活因子与核受体的结合，从而增强核受体的转录活性。此外，组蛋白修饰、DNA甲基化、染色质重塑等表观遗传学同样会影响核受体的转录调控行为。
图7 核受体结合DNA靶序列的调控形式
注：异源二聚体（Heterodimer）与DNA反应元件的结合方式包括：回文（PAL，palindrome）、正向重复（DR，direct repeat）、倒回文（IP，inverted palindrome）三种。单体（）则通常与5’－端富含A/T基序的序列结合。
除了在细胞核内作为转录因子调控靶基因的表达（基因型功能）外，核受体还能通过一种不依赖于其转录调控的新型分子机制起作用，这种作用被称为核受体的非基因型功能。核受体非基因型作用的发挥，通常需要核受体定位于细胞内特定的亚细胞结构，并通过与细胞内众多蛋白直接发生相互作用，从而使其有能力迅速调控细胞应激反应和细胞信号转导通路。核受体不仅存在于细胞核中，而且也经常定位于细胞质和细胞膜中，参与调节胞质中的钙离子稳态，以及其中的细胞信号转导通路。
核受体的亚细胞转位作用既可以通过核受体本身的自由穿梭，也可以通过其他蛋白的协助转运完成。此外，出核后的核受体，在特定信号分子介导的条件下，能够被精准地定向转运到内质网、线粒体、中心体等细胞器，参与内质网途径的内质网应激反应，线粒体途径的细胞凋亡、自噬及脂肪酸氧化进程，中心体稳态和细胞有丝分裂的调控等生物学过程。细胞内的多种信号通路，包括cAMP/PKA通路，Wnt/β-catenint信号通路,以及PI3K/AKT信号通路，AMPK通路，Hippo/Yap通路等，都可能涉及到核受体非基因型作用的调控。
目前已经报道了大量与AR和ER相关的PROTAC分子，其中一些已经进入了前列腺癌和乳腺癌治疗的II期临床阶段。这项技术将为研究某些难以药物靶向的NRs带来新的机会，特别是对于一些孤儿受体。随着这些技术的进展，将在发现靶向NRs的新型药物方面取得新的突破。
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