摘要：芳香烃受体（Aryl Hydrocarbon Receptor，AHR） 是一种依赖配体激活的转录因子，广泛表达于人体的免疫系统和皮肤、肠道等屏障器官，是介导微生物与宿主互作的桥梁，在维持免疫稳态中发挥重要调控功能【1】。AHR配体种类十分丰富，包括人体自身及

芳香烃受体（Aryl Hydrocarbon Receptor，AHR） 是一种依赖配体激活的转录因子，广泛表达于人体的免疫系统和皮肤、肠道等屏障器官，是介导微生物与宿主互作的桥梁，在维持免疫稳态中发挥重要调控功能【1】。AHR配体种类十分丰富，包括人体自身及共生微生物代谢产物、环境污染物、植物或食物来源的天然产物等【2】。在未结合配体时，AHR存在于细胞质中，与HSP90 （热休克蛋白90） 、XAP2 （AHR相互作用蛋白） 等形成复合体，处于非活性状态；而结合配体后，AHR转移到细胞核中，与ARNT （芳香烃受体核转位蛋白） 形成活性异源二聚体，识别下游基因的特定反应元件从而调节转录【3】。

上世纪七十年代，AHR作为环境污染物二噁英的受体首次被发现，早期对AHR的生理功能研究主要集中于其介导的污染物毒理作用【4】。然而，随着其免疫调节作用的逐步揭示，AHR逐渐被视为自身免疫、炎症、癌症和感染性疾病的治疗靶标【5】。本维莫德 （Benvitimod，又名Tapinarof） 是一种来源于土壤线虫共生细菌的天然产物，用于治疗成人斑块状银屑病等皮肤炎症。该药物不仅是二十多年来获批治疗银屑病的首款非甾体类新分子实体药物，而且是罕见的先在中国 （2019 年） 、后在美国 （2022 年） 上市的原创新药。此前GSK公司与武大雷教授合作，确证了本维莫德发挥抗炎作用的主要靶标为AHR，但其具体作用机制仍不清楚【6】。因此解析本维莫德等配体与AHR的复合物结构，揭示配体特异性激活AHR的分子机制，是AHR靶向药物研发领域亟需解决的关键问题。

2025年2月3日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室武大雷团队在Nature Communications上在线发表了题为Structural basis for the ligand-dependent activation of heterodimeric AHR-ARNT complex的论文。通过解析AHR-ARNT二聚体与多种小分子激动剂的共晶结构，结合分子动力学模拟和细胞实验，揭示了AHR被配体识别和结合的结构基础，并完善了配体驱动AHR激活的变构调节机理。

该研究共解析了本维莫德、内源性色氨酸代谢物FICZ、污染物苯并芘 （BaP） 、人工合成化合物β-萘黄酮 （BNF） 、天然产物靛蓝 （Indigo） 和靛玉红 （Indirubin） 六种激动剂与AHR-ARNT-DNA的复合物晶体结构。通过结构比较发现，这些配体均定位于AHR配体结合结构域PAS-B口袋内同一平面的相似位置，八个关键氨基酸残基 （H289、F293、G319、C331、F349、L351、S363和Q381） 从垂直或平行于配体结合平面的方向定义了结合口袋的轮廓，并共同介导了与配体的互作（图1）。这八个残基在脊椎动物AHR蛋白序列中高度保守，通过精确的空间排布来适应不同激动剂的结合，是AHR识别化学骨架各异的多环芳烃类配体的结构基础。

图1 配体与AHR共晶结构分析

研究还发现AHR PAS-B结构域C端loop区域 （C-ter loop，401-413 aa） 在配体驱动的AHR激活过程中发挥重要的构象调节作用。在AHR-ARNT异源二聚体晶体结构中，C-ter loop直接伸入到二聚界面两个PAS-B结构域之间，有助于复合体的稳定性。而在此前冷冻电镜解析的AHR-HSP90-XAP2非激活态蛋白复合体结构中，C-ter loop参与介导AHR与XPA2的相互作用【7,8】。进一步结构比较分析发现，激动剂结合AHR PAS-B口袋会使Gβ折叠上互作氨基酸残基发生构象变化，从而促进Jα螺旋 （紧邻C-ter loop） 上R396位点与邻近残基形成相互作用网络，进而导致C-ter loop翻转（图2a）。而对于组成型激活的果蝇AHR，其Gβ对应残基在配体结合前后无明显构象变化，而且对应的R381在配体结合前即可与邻近残基形成互作网络（图2b），这与果蝇AHR不依赖配体即可激活的特点相一致。结合细胞实验，最终确证了该精氨酸位点互作网络对于AHR激活的重要作用。值得一提的是，该PAS-B结构域的C-ter loop序列在脊椎动物AHR蛋白中高度保守，而在果蝇等无脊椎动物AHR以及各类生物的其他bHLH-PAS家族蛋白中均不保守。这也从侧面表明，该C-ter loop参与的激活机制与已知的脊椎动物AHR独特的配体依赖激活机制在进化上是有所关联的。

图2 配体驱动AHR激活的构象分析（a）猪源AHR（pAHR）和鼠源AHR（mAHR）配体结合前后构象比较；（b）果蝇AHR（dAHR）配体结合前后构象比较

基于上述分析，该研究进一步完善了AHR被配体激活的动态变化模型（图3）。在细胞质中，配体结合AHR后通过变构调控翻转C-ter loop，从而在一定程度上减弱AHR与XAP2的相互作用。随后在细胞核中，ARNT 与 对应的AHR bHLH 和 PAS-A 结构域先结合，可能会形成一个短暂的 HSP90-XAP2-P23-AHR-ARNT 复合体。随着C-ter loop直接参与介导 AHR 和 ARNT PAS-B结构域之间的相互作用，促进XAP2从复合体中解离，最终形成AHR-ARNT活性二聚体。

图3 AHR被配体激活的动态变化模型

综上，该研究解析了银屑病原创新药本维莫德、内源性色氨酸代谢物FICZ、环境毒物苯并芘等六种激动剂与AHR的共晶结构，阐明了AHR-ARNT独特的二聚作用模式，揭示了AHR配体多样性的结构基础，并完善了AHR活性状态转变的分子机制，为靶向AHR设计和发现新药物提供了关键信息。

该论文通讯作者为山东大学的武大雷教授，第一作者为博士后刁晓彤和博士研究生商庆宏。

武大雷教授团队主要针对转录因子相关的靶标蛋白，从事分子药理学研究和靶向分子发现，此外也开展生物合成相关酶的结构解析和催化机理研究，相关成果发表在Nature Chemical Biology、Nature Communications（4篇）、PNAS、JACS、ACS Catalysis等学术期刊上。现诚聘药理学方向（特别是肠道微生物相关疾病领域）的博士后、助理（副）研究员，详情请见课题组网页：

制版人：十一

参考文献

1 Stockinger, B., Di Meglio, P., Gialitakis, M. & Duarte, J. H. The aryl hydrocarbon receptor: multitasking in the immune system.Annu Rev Immunol32, 403-432 (2014). https://doi.org:10.1146/annurev-immunol-032713-120245

2 Lin, L., Dai, Y. & Xia, Y. An overview of aryl hydrocarbon receptor ligands in the Last two decades (2002-2022): A medicinal chemistry perspective.Eur J Med Chem244, 114845 (2022). https://doi.org:10.1016/j.ejmech.2022.114845

3 Probst, M. R., Reisz-Porszasz, S., Agbunag, R. V., Ong, M. S. & Hankinson, O. Role of the aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator protein in aryl hydrocarbon (dioxin) receptor action.Mol Pharmacol44, 511-518 (1993).

4 Poland, A., Glover, E. & Kende, A. S. Stereospecific, high affinity binding of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin by hepatic cytosol. Evidence that the binding species is receptor for induction of aryl hydrocarbon hydroxylase.J Biol Chem251, 4936-4946 (1976).

5 Murray, I. A., Patterson, A. D. & Perdew, G. H. Aryl hydrocarbon receptor ligands in cancer: friend and foe.Nat Rev Cancer14, 801-814 (2014). https://doi.org:10.1038/nrc3846

6 Smith, S. H. et al. Tapinarof Is a Natural AhR Agonist that Resolves Skin Inflammation in Mice and Humans.J Invest Dermatol137, 2110-2119 (2017). https://doi.org:10.1016/j.jid.2017.05.004

7 Gruszczyk, J. et al. Cryo-EM structure of the agonist-bound Hsp90-XAP2-AHR cytosolic complex. Nat Commun 13, 7010 (2022). https://doi.org:10.1038/s41467-022-34773-w

8 Wen, Z. et al. Cryo-EM structure of the cytosolic AhR complex.Structure31, 295-308 e294 (2023). https://doi.org:10.1016/j.str.2022.12.013

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来源：博主聊健康