维甲酸X受体(retinoic X receptor，RXR)是核受体蛋白家族的核心成员，参与了细胞生长分化、代谢调节、形态发生和胚胎发育等许多重要的生理过程。作为配体调节的转录因子，RXR能在转录水平上调控与代谢和细胞周期相关的信号通路，而且RXR配体结合口袋是一个天然的小分子结合位点，非常适合小分子药物设计。因此，RXR是治疗代谢性疾病和癌症的重要药物作用靶标。　　 选择性调节RXR信号通路的RXR小分子配体具有潜在的药物应用价值。RXR激动剂在胰岛素抵抗和2型糖尿病动物模型中具有降血糖、胰岛素增敏和抗糖尿病的效果。RXR拮抗剂在体内也具有降低体重、血糖和胰岛素水平的功能。这说明，RXR激动剂和拮抗剂虽然通过不同的方式调节RXR信号通路，但都能不同程度地起到治疗代谢性疾病的作用。　　 我们希望通过研究RXR的配体(激动剂或拮抗剂)和共调节因子(共激活因子或共抑制因子)调节RXR的结构基础，进一步揭示RXR的作用机制，为RXR介导的重大疾病(如癌症和代谢性疾病)的病理机制探索提供富有价值的线索，并为基于RXR的药物设计提供重要信息。　　 天然产物小分子因其具有广泛的结构多样性，现在已经成为小分子药物先导物的一个重要来源。我们从天然产物化合物库中筛选得到了许多具有RXR激动或拮抗活性的小分子。以这些天然活性小分子为探针，应用生物化学、生物物理学、结构生物学和细胞生物学等方法，我们研究了这些小分子和共调节因子作用于RXR的分子机制。　　 本论文的第一章首先对RXR研究进展进行了概述，介绍了RXR的功能和结构，以及现有RXR配体在药物研究中的应用。　　 第二章，我们发现了一种无配体的apo RXRαLBD四聚体新构象，它具有增大的四聚体相互作用界面和不对称的配体结合口袋，提示RXR在不同组织细胞环境中可能采取了不同的构象，以结合不同的配体和介导不同的信号通路。另外，我们还发现共抑制小肽SMRT2与RXRαLBD的结合不依赖于拮抗剂的存在。从RXRαLBD-SMRT2的复合物晶体结构中我们发现，SMRT2的结合引起了RXRαLBD四聚体结构的显著变化，通过增大四聚体相互作用界面稳定了无活性的RXRαLBD四聚体构象。我们的研究结果首次揭示了无配体结合的核受体与共抑制小肽相互作用的结构基础。　　 第三章，我们研究了RXRα拮抗剂作用机制。中药大黄具有很好的治疗代谢性疾病的前景，但是其作用靶点一直还没有发现。我们的研究结果表明，大黄主要成分人黄酚和人黄酸都是RXRα选择性拮抗剂。大黄酚能促进脂肪细胞葡萄糖吸收，并能稳定无活性的RXRαLBD四聚体，以及改变共抑制小肽SMRT2与RXRαLBD的结合。在我们解析的RXRαLBD-大黄酚复合物晶体结构中，大黄酚诱导RXRαLBD四聚体相互作用界面上关键残基的构象变化，抑制RXRαLBD四聚体解离。我们还解析了RXRαLBD-大黄酸-SMRT2复合物晶体结构，发现两个大黄酸的结合使两个SMRT2小肽从RXRαLBD四聚体上解离下来，取而代之的是两个RXRαLBD末端的AF-2模块占据了SMRT2结合位点。与其它核受体拮抗剂作用于二聚体的方式不同，大黄酚和大黄酸都通过作用于RXRα四聚体发挥拮抗作用。因此，我们的研究结果首次报导了RXRα与其拮抗剂的复合物晶体结构，并为今后基于RXR的拮抗剂设计提供了一种新的研究策略。　　 第四章，我们研究了RXRα激动剂作用机制。天然产物锦菊素具有抗糖尿病的功能，并能诱导许多肿瘤细胞系的凋亡。我们的研究结果表明，锦菊素是RXRα选择性激动剂，并对RXRα形成的不同二聚体表现不同的活性。通过对RXRαLBD-锦菊素-共激活小肽SRC1复合物晶体结构的解析，我们发现锦菊素不同于已知RXRα激动剂，它的化学结构中只有疏水基团，没有极性基团，因此它采用了一种新的作用方式结合于RXRα疏水的配体结合口袋。我们发现的另一个RXRα激动剂芸香苦素能在脂肪细胞中促进葡萄糖转运蛋白GLUT4的表达和上膜，并在小鼠体内显著地改善胰岛素敏感性，具有很好的治疗糖尿病的应用前景。通过对RXRαLBD-芸香苦素-SRC1复合物晶体结构的解析，我们发现芸香苦素采用了典型的作用方式激活RXRα活性。我们的研究结果揭示了这两种激动剂作用于RXRα的分子机制，并为今后基于结构的化合物改造提供了重要依据。　　 第五章，我们首次发现了RXRα和PPARγ的双效激动剂--厚朴酚。天然产物厚朴酚能改善2型糖尿病的症状，但是其作用靶点一直没有确定。我们发现厚朴酚能同时激活RXRα和PPARγ这两种核受体的活性，并能激活RXRα：PPARγ异源二聚体的活性。同时激活RXRα和PPARγ有利于改善体内的糖脂代谢。我们解析的RXRαLBD-厚朴酚-SRC1和PPARγLBD-厚朴酚这两个复合物晶体结构表明，RXRα和PPARγ的配体结合口袋无论体积还是形状都有很大差异，但是厚朴酚的化学结构柔性让它能以L型构象结合于RXRα配体结合口袋，而两个厚朴酚分子能协同作用于Y型的PPARγ配体结合口袋。我们的研究结果为今后基于核受体的多靶点药物设计提供了一种新的研究策略。　　 第六章，通过比较本论文中解析的不同配体和共调节因子作用于RXR的8个晶体结构，我们系统总结了RXR的AF-2模块在调节RXR功能上的重要作用，发现AF-2模块能与共调节因子竞争性结合RXR，并提出了一种基于RXR四聚体的抑制模型。　　 本论文的研究结果从分子和细胞水平上阐明了天然活性小分子大黄酚、大黄酸、锦菊素、芸香苦素和厚朴酚作为RXR选择性配体的作用机制，近一步完善了我们对RXR结构和功能的认识，并为今后以RXR为靶点的药物研究提供了重要信息。