膽汁淤積是指肝內(nèi)外各種原因造成膽汁形成、分泌和排泄障礙，膽汁流不能正常流入十二指腸而進(jìn)入血液的病理狀態(tài)。瘙癢是膽汁淤積最常見的臨床表現(xiàn)之一，且其程度與膽紅素水平不成正相關(guān)。部分膽汁淤積患者伴有嚴(yán)重的瘙癢癥狀，極大地影響其生活質(zhì)量。然而，迄今為止，膽汁淤積瘙癢的分子機(jī)制仍不明確，且尚無有效的治療藥物。針對(duì)這一難題，科學(xué)界一直在尋求創(chuàng)新的解決方案。2024年10月29日，北京大學(xué)雷曉光教授團(tuán)隊(duì)、李毓龍教授團(tuán)隊(duì)與北京佑安醫(yī)院陳煜教授團(tuán)隊(duì)合作，在國際權(quán)威期刊《Cell》在線發(fā)表了題為“Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch”的開拓性研究成果，系統(tǒng)地揭示了人體內(nèi)源“天然產(chǎn)物”分子膽酸誘導(dǎo)膽汁淤積瘙癢的分子機(jī)制，并且開發(fā)出針對(duì)多種肝膽疾病具有良好治療效果且不存在瘙癢副作用的先導(dǎo)藥物分子。

首先，北京佑安醫(yī)院陳煜教授團(tuán)隊(duì)收集了數(shù)十例有瘙癢癥狀或無明顯瘙癢癥狀但嚴(yán)重膽汁淤積患者的血漿樣本。研究者通過分析這些患者血漿中的28種不同膽酸成分，發(fā)現(xiàn)在伴有瘙癢癥狀的膽汁淤積患者中，一種包含了特殊修飾的3位羥基磺酸化膽酸（BA-3S）含量顯著高于無瘙癢癥狀的患者。這種修飾主要發(fā)生在肝臟中，用于增強(qiáng)膽酸的水溶性從而利于排出體內(nèi)，是膽汁淤積患者自我調(diào)節(jié)的一種方式。本研究中的發(fā)現(xiàn)表明，這類磺酸化修飾的膽酸很可能也與膽汁淤積患者的瘙癢癥狀有著密切的聯(lián)系，有望將其作為一種新的生物標(biāo)志物，用于預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)瘙癢的發(fā)生。那么，磺酸化修飾后的膽酸是如何導(dǎo)致膽汁淤積患者產(chǎn)生瘙癢癥狀的呢？

接下來，研究者針對(duì)這一分子機(jī)制展開了詳細(xì)的研究。早在2019年，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，膽酸是表達(dá)在人類背根神經(jīng)節(jié)中的G蛋白偶聯(lián)受體MRGPRX4（hX4）的內(nèi)源性配體，能夠通過激活hX4導(dǎo)致瘙癢。然而，具體哪種膽酸類型具有更強(qiáng)的活性以及其激活hX4的分子機(jī)制尚未明確。為進(jìn)一步揭示這一機(jī)制，研究者利用冷凍電鏡技術(shù)（cryo-EM）解析了磷酸化修飾膽酸（DCA-3P）與hX4的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡明了膽酸激活hX4的分子機(jī)制。這一結(jié)構(gòu)信息展示了3-OH基團(tuán)和磺酸化修飾在激活hX4過程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，為我們理解膽酸誘發(fā)瘙癢提供了全新視角。接著，為了證實(shí)這種親和力的增強(qiáng)能夠?qū)е吗W的癥狀，雷曉光課題組與北京大學(xué)李毓龍課題組合作，構(gòu)建了hX4人源化大鼠的動(dòng)物模型，用于研究瘙癢癥狀。研究者選擇對(duì)hX4激活活性最強(qiáng)的DCA和DCA-3S進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明這兩種膽酸都能夠?qū)е氯嗽椿笫螽a(chǎn)生瘙癢癥狀，并且DCA-3S能夠產(chǎn)生更為嚴(yán)重的瘙癢。

在對(duì)膽酸和瘙癢機(jī)制進(jìn)行深入研究的同時(shí)，研究者也關(guān)注到現(xiàn)有臨床藥物奧貝膽酸（OCA）在治療過程中的瘙癢副作用。OCA是一種強(qiáng)效的法尼醇X受體（FXR）激動(dòng)劑，廣泛用于治療原發(fā)性膽汁性膽管炎（PBC）。然而，其劑量依賴性的瘙癢副作用限制了OCA在臨床中的廣泛應(yīng)用。本研究中，研究者通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，OCA引發(fā)的瘙癢副作用正是通過激活hX4受體實(shí)現(xiàn)的?；趯?duì)膽酸類化合物激活hX4分子機(jī)制的研究，研究者對(duì)OCA進(jìn)行了精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)改造，去除了其激活hX4的關(guān)鍵基團(tuán)3-OH，設(shè)計(jì)了化合物C7。實(shí)驗(yàn)表明，C7失去了激活hX4的能力，因而不會(huì)引發(fā)瘙癢副作用，但保留了對(duì)FXR的激活能力。在多個(gè)動(dòng)物模型中，C7展現(xiàn)出對(duì)NASH等肝臟疾病的良好治療效果，并且沒有瘙癢問題。這一創(chuàng)新性化合物的誕生為臨床肝病治療提供了全新的可能性，有望徹底解決OCA在臨床上應(yīng)用中遇到的瘙癢難題。

簡而言之，本研究工作圍繞膽汁淤積瘙癢和肝病治療新策略兩個(gè)方面展開了非常系統(tǒng)的研究（下圖）。第一個(gè)方面，從臨床樣本出發(fā)，結(jié)合高分辨質(zhì)譜發(fā)現(xiàn)3位羥基磺酸化修飾膽酸在瘙癢膽汁淤積患者體內(nèi)顯著升高，它們能夠通過增強(qiáng)對(duì)于hX4的激活活性從而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的瘙癢癥狀。此外，利用冷凍電鏡技術(shù)，解析了hX4與膽酸類似物的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地闡明了膽酸的3-OH對(duì)于激活hX4的重要作用。第二個(gè)方面，研究者針對(duì)OCA在臨床上導(dǎo)致瘙癢副作用開展了一系列的機(jī)制和分子改造研究。首先證實(shí)OCA通過激活hX4導(dǎo)致瘙癢副作用，接著根據(jù)發(fā)現(xiàn)的膽酸激活hX4的分子機(jī)制，精準(zhǔn)地對(duì)OCA進(jìn)行化學(xué)改造，成功地獲得了失去瘙癢副作用，并且保留了肝病治療活性的新一代藥物分子C7，為臨床肝病治療提供了全新的可能性，有望徹底解決OCA在臨床上應(yīng)用中遇到的瘙癢難題。

北京大學(xué)雷曉光課題組博士研究生楊軍、李毓龍課題組、趙天軍博士、雷曉光課題組、范俊萍博士和北京佑安醫(yī)院陳煜課題組鄒懷賓主任醫(yī)師為該論文的共同第一作者。雷曉光教授、李毓龍教授、陳煜教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、北京分子科學(xué)國家研究中心、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合研究中心、北京市“卓越青年科學(xué)家計(jì)劃”、北京肝病研究所李兵輝教授的首都醫(yī)學(xué)科學(xué)創(chuàng)新中心、新基石基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)等項(xiàng)目和單位的資助。

《Cell》原文鏈接：Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch.