CHRM1-5 亞型：結(jié)構(gòu)、機(jī)制與藥物研發(fā)全景
發(fā)布時(shí)間:2026/04/20分類(lèi):技術(shù)文章來(lái)源:科佰生物
背景
毒蕈堿型乙酰膽堿受體（CHRM，又稱(chēng) M 受體）作為 G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）超家族的核心成員，是乙酰膽堿介導(dǎo)膽堿能信號(hào)通路的關(guān)鍵樞紐。從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的認(rèn)知調(diào)控到外周器官的功能穩(wěn)態(tài)，CHRM 的五個(gè)亞型（M1-M5）各司其職，又形成精密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，隨著阿爾茨海默病、精神分裂癥、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等重大疾病的機(jī)制研究不斷深入，CHRM 各亞型的特異性功能逐漸明晰，成為跨神經(jīng)、呼吸、心血管等領(lǐng)域的熱門(mén)藥物靶點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)與功能
CHRM1-5 均為單亞基 7 次跨膜（7TM）糖蛋白，屬于 GPCR A 類(lèi)（視紫紅質(zhì)樣）家族，其核心結(jié)構(gòu)高度保守，決定了配體結(jié)合與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基礎(chǔ)框架：跨膜結(jié)構(gòu)域（TM1-TM7）：由 7 個(gè)疏水 α 螺旋組成，是受體的核心骨架，其中 TM3-TM7 形成的疏水口袋是乙酰膽堿等配體的結(jié)合位點(diǎn)。胞外環(huán)（ECL1-ECL3）參與配體的識(shí)別與結(jié)合，對(duì)配體的特異性起輔助作用。胞內(nèi)環(huán)（ICL1-ICL3）是與 G 蛋白結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域，其中ICL3 的氨基酸序列差異最大，直接決定了各亞型與不同 G 蛋白的偶聯(lián)特異性。
盡管CHRM1-5在結(jié)構(gòu)上具有高度同源，但按 G 蛋白偶聯(lián)類(lèi)型可分為兩類(lèi)：Gq/11 偶聯(lián)型（M1、M3、M5） 和Gi/o 偶聯(lián)型（M2、M4），這種差異直接決定了其生理功能與疾病關(guān)聯(lián)的特異性。
CHRM1（M1）
CHRM1基因定位于11q13，主要分布于中樞器官（大腦皮層、海馬體、紋狀體）調(diào)控學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知功能、突觸可塑性與覺(jué)醒狀態(tài)。少量分布于胃壁細(xì)胞、支氣管平滑肌，參與胃酸分泌和支氣管平滑肌收縮。其下游主要偶聯(lián)Gq/11蛋白，激活后通過(guò)磷脂酶 Cβ（PLCβ）水解磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2），生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）：IP3 促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放 Ca²?，導(dǎo)致胞內(nèi)鈣濃度升高；DAG 激活蛋白激酶 C（PKC），啟動(dòng)下游磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)。
CHRM2（M2）
CHRM2基因定位于7q35–q36，中樞器官多分布于海馬體、丘腦、腦干，發(fā)揮突觸前抑制作用，減少乙酰膽堿、去甲腎上腺素的釋放。外周高度富集于心臟、交感 / 副交感神經(jīng)末梢、平滑肌，在心臟層面發(fā)揮負(fù)性變時(shí)、變力、變傳導(dǎo)作用（減慢心率、減弱心肌收縮）。下游主要偶聯(lián)Gi/o蛋白，激活后通過(guò)兩條路徑發(fā)揮作用：α 亞基抑制腺苷酸環(huán)化酶（AC），使環(huán)磷酸腺苷（cAMP）水平降低，PKA 活性下降；βγ 亞基激活內(nèi)向整流鉀通道（GIRK），促進(jìn) K?外流，導(dǎo)致細(xì)胞膜超極化，同時(shí)抑制電壓門(mén)控 Ca²?通道，減少 Ca²?內(nèi)流。
CHRM3（M3）
CHRM3基因定位于1q43，廣泛分布于腺體、氣道、膀胱、胃腸道平滑肌中，主導(dǎo)外周腺體分泌（唾液、淚液、支氣管黏液、胃酸），調(diào)控氣道、胃腸道、膀胱平滑肌收縮。中樞器官主要分布在下丘腦和腦干，參與中樞體溫調(diào)節(jié)與攝食行為。下游與M1一致，主要偶聯(lián) Gq/11 蛋白，通過(guò) PLCβ-IP3/DAG-Ca²?/PKC 通路發(fā)揮作用，次要情況下可激活 Gs 蛋白，使 cAMP 水平升高。
CHRM4（M4）
CHRM4基因定位于11p12–p11.2，集中分布于中樞紋狀體、伏隔核、海馬、皮層，核心作用是調(diào)控運(yùn)動(dòng)功能與多巴胺系統(tǒng)，參與獎(jiǎng)賞機(jī)制、認(rèn)知調(diào)控，同時(shí)通過(guò)突觸前抑制減少乙酰膽堿、多巴胺、谷氨酸的釋放。M4與M2同源，主要偶聯(lián) Gi/o 蛋白，通過(guò)抑制 AC 降低 cAMP 水平，激活 GIRK 通道引發(fā)細(xì)胞膜超極化；同時(shí)可通過(guò) β-arrestin 介導(dǎo)非 G 蛋白依賴(lài)的信號(hào)通路。
CHRM5（M5）
CHRM5基因定位于15q14，中樞特異性分布于中腦多巴胺能神經(jīng)元、海馬、皮層，調(diào)控多巴胺釋放，參與獎(jiǎng)賞、成癮、認(rèn)知與情緒調(diào)節(jié)。外周分布于血管平滑肌、腎上腺，介導(dǎo)腦血管收縮，參與血壓調(diào)控。CHRM5屬于Gq/11 偶聯(lián)型受體，激活后通過(guò) PLCβ 水解 PIP2，生成 IP3 和 DAG，促使胞內(nèi) Ca²?濃度升高，進(jìn)而激活鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性激酶 II（CaMKII）和 PKC，調(diào)控多巴胺神經(jīng)元的興奮性，同時(shí)影響 Kir 通道的活性。
靶向CHRM 1-5的藥物研發(fā)進(jìn)展
近年來(lái)，隨著阿爾茨海默病、精神分裂癥、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等重大疾病的機(jī)制研究不斷深入，CHRM 各亞型的特異性功能逐漸明晰，成為跨神經(jīng)、呼吸、心血管等領(lǐng)域的熱門(mén)藥物靶點(diǎn)。當(dāng)前臨床研發(fā)主要聚焦于神經(jīng)退行性疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、精神疾病三大領(lǐng)域，核心方向?yàn)樾》肿踊庮?lèi)型的激動(dòng)劑、拮抗劑及變構(gòu)調(diào)節(jié)劑。目前已上市藥物有：異丙托溴銨、噻托溴銨（M3 為主，兼阻斷 M1/M2），用于哮喘、COPD 的支氣管擴(kuò)張治療；阿托品（全面阻斷 M1-M5），用于治療心動(dòng)過(guò)緩；托特羅定、索利那新（主要阻斷 M3），用于膀胱過(guò)度活動(dòng)癥。
關(guān)于CHRM 1-5在研的部分藥物進(jìn)展如下表所示：
CHRM 1-5的細(xì)胞模型
為助力CHRM 1-5靶點(diǎn)藥物研發(fā)，南京科佰開(kāi)發(fā)了CHRM1 CHO、CHRM2/CHO、CHRM3 CHO、CHRM4 Gα15 CHO、CHRM5 CHO細(xì)胞篩選模型，產(chǎn)品驗(yàn)證結(jié)果如下：
Figure 3. HTRF IP-One Assay with CHRM1 CHO(C3).
Figure 4. Recombinant CHRM2/CHO constitutively expressing CHRM2.
Figure 5. HTRF cAMP Assay With CHRM2 CHO Cells (C3).
Figure 6. Recombinant CHRM3 CHO constitutively expressing CHRM3.
Figure 7. HTRF IP-One Assay with CHRM3 CHO(C1).
Figure 8. HTRF cAMP Assay with CHRM4 Gα15 CHO( C7).
Figure 9. HTRF IP-One Assay with CHRM4 Gα15 CHO( C7).
Figure 10. Recombinant CHRM5 CHO constitutively expressing CHRM5.
Figure 11. HTRF IP-One Assay with CHRM5 CHO(C18).
