近日由美國國立衛生研究院資助的一項研究揭示了與HIV感染和癌癥相關的一個重要分子的三維結構，結構生物學家們利用高分辨的三維結構闡明了該分子的功能以及活性調控的機制，為艾滋病及癌癥的防治指明了新方向。

    CXCR4分子是G蛋白偶聯受體家族（GPCRs）成員。研究顯示G蛋白偶聯受體家族成員超過300種，是人體最大的蛋白質家族。這些蛋白質分子分布在細胞膜表面，將來自外部環境的信號傳遞至細胞內。GPCRs參與調控幾乎所有的細胞過程包括細胞生長、激素分泌及光感知。目前在市場上使用的藥物約有一半都是靶向這些受體。

    “多年來科學家們一直在研究CXCR4的結構?，F在我們知道了它的三維結構，更加清楚地了解這個重要的分子作用的機制，從而為藥物開發開啟了新的領域，”國立衛生研究院主管Francis S. Collins博士說。

    加州拉賀亞市斯克里普斯研究所Raymond C. Stevens博士負責開展此項研究，論文成果在線發表在《科學》（Science）雜志上。該研究獲得了國立衛生研究院的兩個重要計劃包括國立衛生研究所公共基金結構生物學計劃和蛋白質結構啟動計劃（PSI）的資助。

    CD4分子是艾滋病毒侵入人體細胞的第一受體，但僅靠CD4受體艾滋病毒還不能穿過細胞膜。1996年，美國國家過敏與傳染病研究所（NIAID）的一個研究小組發現CXCR4作為艾滋病毒的協同受體協助病毒進入細胞。

    正常情況下，CXCR4可幫助激活免疫系統，并刺激細胞移動。但是當激活受體的信號途徑調控失常時，CXCR4可引起癌細胞生長及擴散。迄今為止，研究證實CXCR4與超過20種癌癥相關。

    斯克里普斯研究所的科學家們利用X射線衍射晶體分析法獲得了CXCR4蛋白的三維結構圖，并通過它闡明了CXCR4蛋白作用機制。為了了解天然分子與受體結合傳遞信號以及藥物與受體相互作用的機制，研究人員檢測了CXCR4抑制劑對CXCR4分子活性的抑制作用。

    確定CXCR4蛋白結構并非易事，使用X射線衍射晶體技術首先要求獲得蛋白的晶體模型。科學家們花費了3年的時間優化條件以獲得穩定結晶的分子，最終他們生成了5種不同的CXCR4結構。

    獲得的結構模型顯示CXCR4分子緊密連接成對，表明CXCR4是以二聚體的形式發揮其受體功能。進而科學家們研究了二聚體結構對于CXCR4活性的調控作用以及在正常和疾病條件下CXCR4的功能變化。

    研究人員認為結構模型可幫助他們設計出調控CXCR4活性或阻斷HIV進入細胞的化合物，為治療HIV感染或癌癥指明了新方向。

    “利用X射線衍射晶體技術我們確定了CXCR4的蛋白質結構。這是利用先進的技術，并通過結構生物學家及其他領域科學家通力合作所獲得重要成果。CXCR4的蛋白質結構的揭示預示著巨大的醫學應用前景，”國立綜合醫學研究所的負責人Jeremy M. Berg博士說。