前几天刷JMC的时候就看到一篇做CBs受体PET示踪剂的综述，昨天追JACS新番的时候又看到一篇CB2的光敏探针。加上这大哥之前还发过一篇做CB1光敏探针的JACS，所以干脆整理了一下。主要是总结J.Am.Chem.Soc.,,2,–和J.Am.Chem.Soc.,,50,–这两篇文章。CB1R和CB2R都是g蛋白偶联受体(G-protein-coupledreceptor,GPCR)超家族成员。人脑CB1R密度高，特别是在黑质、白球、壳核、海马和小脑。CB1R也以区域特定的方式在周围神经和组织中大量表达。例如，在胃肠道系统中，CB1R可以调节肠蠕动以及胃酸和神经递质的分泌，从而反过来会影响食欲和消化。在心血系统中，CB1R在病理条件下显着上调并促进疾病进展。而CB2R主要存在于带有大量免疫细胞（如脾脏和扁桃体）的周围器官中。此外，在心血管系统，骨髓和生殖器官中可以发现中等表达。最近，已经揭示了CB1R和CB2R的晶体结构。分别揭示了CB1R和CB2R的灭活状态，中间状态和激活状态的结构。大麻素受体的最著名内源性配体2-花生四烯酸甘油酯（2-AG）和N-花生四烯酸乙醇胺（AEA）。在所有水解酶中，脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）是AEA的主要代谢酶，而单酰基甘油脂酶（MAGL）是2-AG在大脑中的主要代谢酶。众所周知，配体的活化/失活动力学很难控制，因为这些化合物仍然主要分布在细胞膜内。由于可以极高的空间和时间精度施加光，因此光致变色配体为该问题提供了有吸引力的解决方案。第一种设计方案是药效团被光不稳定的保护基团掩盖，该保护基团可以在光条件下被除去，从而能够精确地控制配体的释放。该方法已经应用于内源性大麻素类。然而，配体释放是不可逆的过程，随后的配体失活依赖于代谢或主动转运。为了解决这个限制，可以使用光可开关的小分子对生物功能进行可逆的光学控制，这种策略称为光药理学。在这种方法中，将光开关结合到配体中并允许在其靶标上表现出不同活性的不同构象之间可逆循环。已应用此策略来实现离子通道，GPCR，酶和转录因子的可逆和时间控制的调制。分子的设计是基于Nature,,DOI:10./nature，这篇NATURE利用工具分子AMs探究了CB1受体的晶体结构，并发现AMs可以与跨Trp的C-3-烷基链结合在跨膜螺旋内。这是A类GPCR中的保守色氨酸残基，被认为是CB1激活的重要拨动开关。此外，带有大的C-3-取代基的高亲和力THC衍生物（如1,1-二甲基庚基金刚烷基和萘基）的优先作用强烈表明，受体可以容忍需要空间的残基。基于此，JamesA.Frank等人直接在3号碳上以光药理学中常用的生色团偶氮苯衍生，据此设计了四个在C-3处含有该光开关的探针。得到的化合物azo-THC-x在黑暗中，它们以热力学上有利的反式构型存在。UV-A辐照（nm）引发异构化为顺式形式，蓝光（nm）逆转了这一过程。同时该化合物也是双稳态的：顺式偶氮-THC-3在水中的τ值为分钟（3.60小时）时经历了热弛豫，变成了反式异构体。CB1通过异源三聚体G蛋白的Gβγ亚基与GIRK通道偶联，所以可以通过GIRK通道的电位变化来监控CB1的激活情况，如CB1激动剂CP-（nM）会使KIR电流增加。基于该原理研究发现THC-3和4均为有效的光敏探针，且二者具有一定次数的重复性和相反的顺反活性。在反式和顺式-偶氮-THC-3存在下的电压斜升可以发现在负膜电位（内向电流）下能观察到最大的电流差。而高于0mV（外向电流）时，基本上没有观察到光电流，这证实了所测量的KIR的光依赖性是由于GIRK通道的激活引起的。多次光开关循环后，异构化为顺式诱导的光电流逐渐降低，这可能归因于CB1脱敏作用。而CBR拮抗剂利莫那班（RIM，2μM）完全废除了反式或顺式-偶氮-THC-3诱导的效应，表明所记录的KIR电流是CB1依赖性的，而对GIRK通道没有直接影响。CB1通过Gαi亚基连接至腺苷酸环化酶，激活时会降低细胞cAMP水平。先使用福司柯林（2μM）刺激cAMP生成，之后分别用不同构型3，4处理，发现了与GIRK电信号相同的规律，THC-3(cis）作用强，而THC-4（trans）作用强，甚至优于强效CB1激动剂CP-。这些结果表明，azo-THC能够以光依赖方式抑制内源性腺苷酸环化酶对福斯高林刺激的cAMP的产生。由于光异构化会影响效能和功效，因此这些化合物将可用于研究决定CB1化合物功效的结构要求。在计算出的结合方式中，THC核占据与AM类似的空间，并重现酚羟基和Ser之间的关键氢键，偶氮苯部分都位于正构袋底部的疏水通道。在晶体结构中，口袋的这一部分被AM的烷基链占据。顺式-THC3和反式-THC-4上笨重的偶氮苯部分均能轻松结合。相反，顺式-THC-4和反式-THC-3，以及THC-1和THC-2的同分异构体，均以较差的分数对接到受体，完全无法找到任何非扭曲的，物理上可接近的姿势。发现了两种可光转换的CB1激动剂THC-3和THC-4，可以在两个不同的状态之间可逆地循环。这些化合物可对CB1及其下游效应子（包括GIRK通道和腺苷酸环化酶）进行光学控制。顺式-THC-3比其反式异构体更有效，而THC-4则相反，后者在反式构型中更有效。上面那篇是17年的，今年JamesA.Frank又发了一篇JACS是做CB2的，还是一样的套路，选了一个Chem.Eur.J.,26,上研究的HU分子，这个分子的3号碳上也有一个与AMs上类似的长烷基链。同样的，以偶氮苯取代。
在研究过程中，发现了HU通过CB2和磷脂酶C（PLC）介导的途径刺激AtT-20（CB2）细胞系中的细胞内Ca2+释放，这是之前尚未报导的。
之后的docking同样发现了偶氮苯对烷基链在进入结合口袋时的完美替换。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇