G蛋白偶联受体(GPCRs),是人体中最大膜蛋白受体家族,拥有约800个家族成员,负责将细胞外或者环境中的信号分子或刺激通过下游G蛋白偶联或者arrestin蛋白及第二信使分子的级联扩大,将信息传递到细胞内,引起细胞内生理反应。GPCRs也是非常重要的药物靶点,全球治疗药物市场中大约有1/3的药物分子是靶向GPCRs的。毒蕈碱乙酰胆碱受体家族包含5个家族成员M1,M2,M3,M4和M5,调控身体不同的生理功能,并且其分布非常广泛。其中,M3受体主要分布于血管以及肺部呼吸系统中的平滑肌,M3受体被神经递质乙酰胆碱激活,活化下游G_q蛋白并且偶联介导细胞内钙离子水平上升,导致平滑肌收缩。本研究是基于已经解析的M2和M3受体的结构,根据配体结合口袋的差异,设计并合成新的小分子,通过生化实验筛选对M3有选择性的配体。本课题的设计是在M受体原有配体的骨架上添加一个新的基团,使其嵌入M3的配体结合口袋并面向口袋中的亮氨酸残基(Leu225),由于M2相同位置是较大的苯丙氨酸(Phe181)从而弱化配体的结合,这样就可以设计出对M3有选择性的配体。首先,合作者通过计算机分子对接(molecule docking)的方法,基于已有的QNB和tiotropium分子骨架,设计出各种新的小分子并进行计算机模拟,获得一些具有选择性的目标小分子。其次,合作者通过化学合成的方法合成这些目标小分子,并通过生化实验鉴定其对M2和M3受体的选择性,获得了对M3受体有106倍选择性的小分子ABH423。但是ABH423与M3受体解离速率很快,难以结晶。为了获得晶体,本研究基于ABH423对选择性配体提出改进,并通过生化筛选到一个选择性小分子BS46,并且获得了M3受体结合选择性配体BS46的蛋白质晶体,在结构上解释了选择性的机理,验证了小分子改造策略的成功。同时,本研究也阐述了另外一种对M3受体有选择性的药物分子-达非那新(Darifenacin)与M3受体晶体方面的研究。除此之外,本研究也通过核磁共振谱学的方法,对M3受体结合不同的配体构象进行了探究。通过对M3受体的赖氨酸或者甲硫氨酸进行标记,通过对NMR图谱分析确认M3受体结合别构调节分子的位置。