Biacore点亮骨质疏松症治愈之路，让骨头重获“青春”
2024-04-13690由于破骨细胞的功能缺陷，Src基因缺失会导致严重的骨硬化，表明Src在破骨细胞中是必不可少的。因此，抑制Src激酶活性被认为是破骨细胞过度激活介导的骨质流失的有效治疗策略。G蛋白偶联受体 (GPCRs) 是约35%的获批药物的靶点，但目前尚不清楚GPCRs如何调节Src激酶活性，也不清楚这个GPCR是否可以作为治疗破骨细胞相关骨质流失的有效治疗靶点。
Src激酶去磷酸化抑制骨吸收并预防骨质流失
2024年2月12日，上海理工大学、海军军医大学上海长征医院、华东师范大学等科研单位合作在Nature子刊Nature Communications上发表了题为“Kisspeptin-10 Binding to Gpr54 in Osteoclasts Prevents Bone Loss by Activating Dusp18-mediated Dephosphorylation of Src”的研究论文，发现GPR54被其天然配体Kisspeptin-10 (Kp-10) 激活导致Dusp18去磷酸化Src激酶（图1）。Kiss1、Gpr54和Dusp18敲除小鼠均表现出破骨细胞过度激活和骨质流失，Kp-10通过抑制体内破骨细胞活性来消除骨质流失。因此，Kp-10/Gpr54是一个很有前途的治疗靶点，可以通过Dusp18介导Src激酶的去磷酸化来消除骨吸收。Biacore为GPR54与Src激酶相互作用以及GPR54与与Dusp18磷酸酶相互作用提供了关键数据。
图1：上海理工大学等发表在Nature Communications上的科学研究成果及其工作模型
首先，科研人员通过对基因敲除的遗传材料的分析，发现Kp-10/Gpr54主要通过抑制Src激酶的磷酸化水平来控制破骨细胞的形成和骨吸收。通过Biacore发现，GPR54的C端直接与Src激酶直接结合，亲和力KD高达2.595 nM（图2）。结果表明，Kp-10配体激活后的GPR54通过其C端招募Src激酶。
图2：Biacore检测GPR54与Src激酶结合的亲和力/动力学
基因敲除的遗传材料的分析，发现GPR54抑制Src激酶的磷酸化水平。那么，科研人员猜想，Kp-10刺激Gpr54后是否会招募一个磷酸酶来降低Src激酶的磷酸化水平？通过质谱分析发现了三个高潜力的磷酸酶DUSP18、PTPN6和PPP1CA。Biacore、CO-IP等结果显示，GPR54的C端与人源DUSP18磷酸酶、鼠源DUSP18磷酸酶均能结合，亲和力KD分别为40.27 nM和1.754 μM（图3）。综合以上结果表明，GPR54的C段在其配体Kp-10刺激下同时招募DUSP18磷酸酶和Src激酶。
图3：Biacore检测GPR54与人源DUSP18（左）、鼠源DUSP18磷酸酶（右）结合的亲和力/动力学
进一步，科研人员通过Biacore还发现，DUSP18磷酸酶与与Src激酶也能直接结合，亲和力KD高达5.887 nM（图4）。因此，GPR54的C段在其配体Kp-10刺激下，同时招募DUSP18磷酸酶和Src激酶，促进DUSP18磷酸酶对Src激酶的去磷酸化，从而抑制Src激酶的磷酸化水平。至此，科研人员发现了整个信号通路，为治疗破骨细胞相关骨质流失找到了有效治疗靶点。
图4：Biacore检测DUSP18磷酸酶与Src激酶结合的亲和力/动力学
当前骨质疏松最主流的治疗手段为通过靶向阻断RANK和RANKL的结合来抑制破骨细胞的活性，该合作团队早在2016年同样发表了关于骨质疏松症的研究论文，其工作发表在医学顶级期刊Nature Medicine上，题为“LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption”。本研究首次发现破骨细胞中最重要分化因子RANKL的一个新受体LGR4。Biacore为RANKL新受体的发现与确认提供了核心数据。
科研人员通过Biacore发现，全长LGR4胞外域与RANKL能够结合，并且亲和力KD高达52.2 nM。截短的LGR4胞外域与RNKL的结合明显减弱，KD为1.527 μM。而进一步截短的LGR4胞外域与RNKL不结合（图5）。表明，LGR4与RANKL直接结合，且完整的LGR4胞外域对于其与RANKL结合至关重要。在四个骨质疏松症小鼠模型中， LGR4-ECD处理后，降低了破骨细胞活性并增加了骨密度。因此，LGR4-ECD在体外和体内充当RANKL的分子诱饵受体，并抑制RANKL诱导的破骨细胞活化和骨质流失，从而有效改善骨质疏松症。
图5：Biacore检测RANKL与LGR4胞外域（全长、截短、更短）的亲和力/动力学
Biacore作为唯一被中美日等多国药典收录的分子互作检测“金标准”，已广泛应用到基础科研与药物开发的多个领域。截至目前，借助Biacore累计发表的文章已突破60000篇，超过100种的已上市药物的研发、申报、生产过程中也均有Biacore的身影。同样期待越来越多骨科相关疾病的治病机制被发现、药物被开发，造福临床，造福人类。
参考文献：
Li, Zhenxi et al. “Kisspeptin-10 binding to Gpr54 in osteoclasts prevents bone loss by activating Dusp18-mediated dephosphorylation of Src.” Nature communications vol. 15,1 1300. 12 Feb. 2024, doi:10.1038/s41467-024-44852-9
Luo, Jian et al. “LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption.” Nature medicine vol. 22,5 (2016): 539-46. doi:10.1038/nm.4076
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