Biacore點亮骨質(zhì)疏松癥治愈之路，讓骨頭重獲“青春”
由于破骨細胞的功能缺陷，Src基因缺失會導致嚴重的骨硬化，表明Src在破骨細胞中是必不可少的。因此，抑制Src激酶活性被認為是破骨細胞過度激活介導的骨質(zhì)流失的有效治療策略。G蛋白偶聯(lián)受體 (GPCRs) 是約35%的獲批藥物的靶點，但目前尚不清楚GPCRs如何調(diào)節(jié)Src激酶活性，也不清楚這個GPCR是否可以作為治療破骨細胞相關骨質(zhì)流失的有效治療靶點。
Src激酶去磷酸化抑制骨吸收并預防骨質(zhì)流失
2024年2月12日，上海理工大學、海軍軍醫(yī)大學上海長征醫(yī)院、華東師范大學等科研單位合作在Nature子刊Nature Communications上發(fā)表了題為“Kisspeptin-10 Binding to Gpr54 in Osteoclasts Prevents Bone Loss by Activating Dusp18-mediated Dephosphorylation of Src”的研究論文，發(fā)現(xiàn)GPR54被其天然配體Kisspeptin-10 (Kp-10) 激活導致Dusp18去磷酸化Src激酶（圖1）。Kiss1、Gpr54和Dusp18敲除小鼠均表現(xiàn)出破骨細胞過度激活和骨質(zhì)流失，Kp-10通過抑制體內(nèi)破骨細胞活性來消除骨質(zhì)流失。因此，Kp-10/Gpr54是***個很有前途的治療靶點，可以通過Dusp18介導Src激酶的去磷酸化來消除骨吸收。Biacore為GPR54與Src激酶相互作用以及GPR54與與Dusp18磷酸酶相互作用提供了關鍵數(shù)據(jù)。
圖1：上海理工大學等發(fā)表在Nature Communications上的科學研究成果及其工作模型
***先，科研人員通過對基因敲除的遺傳材料的分析，發(fā)現(xiàn)Kp-10/Gpr54主要通過抑制Src激酶的磷酸化水平來控制破骨細胞的形成和骨吸收。通過Biacore發(fā)現(xiàn)，GPR54的C端直接與Src激酶直接結合，親和力KD高達2.595 nM（圖2）。結果表明，Kp-10配體激活后的GPR54通過其C端招募Src激酶。
圖2：Biacore檢測GPR54與Src激酶結合的親和力/動力學
基因敲除的遺傳材料的分析，發(fā)現(xiàn)GPR54抑制Src激酶的磷酸化水平。那么，科研人員猜想，Kp-10刺激Gpr54后是否會招募***個磷酸酶來降低Src激酶的磷酸化水平？通過質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)了三個高潛力的磷酸酶DUSP18、PTPN6和PPP1CA。Biacore、CO-IP等結果顯示，GPR54的C端與人源DUSP18磷酸酶、鼠源DUSP18磷酸酶均能結合，親和力KD分別為40.27 nM和1.754 μM（圖3）。綜合以上結果表明，GPR54的C段在其配體Kp-10刺激下同時招募DUSP18磷酸酶和Src激酶。
圖3：Biacore檢測GPR54與人源DUSP18（左）、鼠源DUSP18磷酸酶（右）結合的親和力/動力學
進***步，科研人員通過Biacore還發(fā)現(xiàn)，DUSP18磷酸酶與與Src激酶也能直接結合，親和力KD高達5.887 nM（圖4）。因此，GPR54的C段在其配體Kp-10刺激下，同時招募DUSP18磷酸酶和Src激酶，促進DUSP18磷酸酶對Src激酶的去磷酸化，從而抑制Src激酶的磷酸化水平。至此，科研人員發(fā)現(xiàn)了整個信號通路，為治療破骨細胞相關骨質(zhì)流失找到了有效治療靶點。
圖4：Biacore檢測DUSP18磷酸酶與Src激酶結合的親和力/動力學
當前骨質(zhì)疏松***主流的治療手段為通過靶向阻斷RANK和RANKL的結合來抑制破骨細胞的活性，該合作團隊早在2016年同樣發(fā)表了關于骨質(zhì)疏松癥的研究論文，其工作發(fā)表在醫(yī)學頂***期刊Nature Medicine上，題為“LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption”。本研究***次發(fā)現(xiàn)破骨細胞中***重要分化因子RANKL的***個新受體LGR4。Biacore為RANKL新受體的發(fā)現(xiàn)與確認提供了核心數(shù)據(jù)。 科研人員通過Biacore發(fā)現(xiàn)，全長LGR4胞外域與RANKL能夠結合，并且親和力KD高達52.2 nM。截短的LGR4胞外域與RNKL的結合明顯減弱，KD為1.527 μM。而進***步截短的LGR4胞外域與RNKL不結合（圖5）。表明，LGR4與RANKL直接結合，且完整的LGR4胞外域?qū)τ谄渑cRANKL結合至關重要。在四個骨質(zhì)疏松癥小鼠模型中， LGR4-ECD處理后，降低了破骨細胞活性并增加了骨密度。因此，LGR4-ECD在體外和體內(nèi)充當RANKL的分子誘餌受體，并抑制RANKL誘導的破骨細胞活化和骨質(zhì)流失，從而有效改善骨質(zhì)疏松癥。
圖5：Biacore檢測RANKL與LGR4胞外域（全長、截短、更短）的親和力/動力學
Biacore作為唯***被中美日等多***藥典收錄的分子互作檢測“金標準”，已廣泛應用到基礎科研與藥物開發(fā)的多個領域。截至目前，借助Biacore累計發(fā)表的文章已突破60000篇，超過100種的已上市藥物的研發(fā)、申報、生產(chǎn)過程中也均有Biacore的身影。同樣期待越來越多骨科相關疾病的治病機制被發(fā)現(xiàn)、藥物被開發(fā)，造福臨床，造福人類。
(文章來源于儀器網(wǎng))
