???GPCR簡(jiǎn)介

G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）構(gòu)成人類基因組中最大的膜蛋白家族，有800多名成員。所有GPCR都具有共同的結(jié)構(gòu)，其特征在于七個(gè)跨膜（7TM）結(jié)構(gòu)域，，但它們具有不同的生理作用并且可以通過各種刺激被激活，如光子，離子，神經(jīng)遞質(zhì)和激素。根據(jù)“GRAFS”分類系統(tǒng)，GPCR可分為五個(gè)家族：谷氨酸，視紫紅質(zhì)，粘附，卷曲/味2和分泌素，而視紫紅質(zhì)樣受體也稱為A類，分泌素為B類和谷氨酸作為C類。GPCR是所有已批準(zhǔn)藥物的30％以上的靶標(biāo)，并且它們?nèi)匀皇怯糜谒幬锇l(fā)現(xiàn)的最成功和最有希望的靶蛋白類別。

作為膜蛋白，GPCR負(fù)責(zé)將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)移至胞質(zhì)溶膠。如其名稱所示，GPCR偶聯(lián)G蛋白，其結(jié)合并水解鳥苷5'-三磷酸（GTP）以介導(dǎo)下游信號(hào)傳導(dǎo)。與GPCR相關(guān)的G蛋白是異源三聚體，由三個(gè)亞基組成：Gα，Gβ和Gγ。Gα蛋白被進(jìn)一步分成四個(gè)主要亞組：Gαs, Gαi/o, Gαq/11和Gα12/13。根據(jù)特定GPCR偶聯(lián)的G蛋白的類型，受體活化可激活第二信使，例如肌醇三磷酸（IP3）、甘油二脂（DAG）或環(huán)腺苷酸（cAMP）。

除了經(jīng)典的G蛋白信號(hào)傳遞途徑，目前GPCR公認(rèn)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑還有β-arrestin依賴性的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。在GPCR活化后，稱為G蛋白偶聯(lián)受體激酶（GRK）的蛋白激酶家族將G蛋白釋放后的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域磷酸化。磷酸化的GPCR將募集β-arrestin蛋白，其介導(dǎo)GPCR信號(hào)傳導(dǎo)的脫敏和GPCR的內(nèi)吞，并因此用于“關(guān)閉”信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致G蛋白依賴性GPCR信號(hào)傳導(dǎo)的負(fù)反饋。β-Arrestins還與絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）的激活有關(guān)，例如細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2（ERK1/2）。

? ?GPCR偏向配體總覽???傳統(tǒng)的受體-配體作用模式認(rèn)為, 配體與受體結(jié)合后能夠平衡作用于下游的多種信號(hào)通路。但在毒蕈堿樣膽堿受體激動(dòng)劑的實(shí)驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn), 某些配體可以誘導(dǎo)受體選擇性結(jié)合特異的G蛋白亞基, 使胞內(nèi)信號(hào)偏向眾多下游通路中的某一通路傳導(dǎo), 這一現(xiàn)象被稱為“信號(hào)偏向性”, 并把該類具有功能選擇性的配體稱為“偏向性配體”。對(duì)這一現(xiàn)象的日益了解為GPCR信號(hào)傳導(dǎo)研究以及GPCR靶向藥物發(fā)現(xiàn)開辟了一個(gè)新時(shí)代。現(xiàn)在已經(jīng)通過在各種藥理學(xué)測(cè)定中評(píng)估配體功效而不是僅僅從經(jīng)典的G蛋白依賴性測(cè)定中發(fā)現(xiàn)偏向配體。隨之而來的，人們開發(fā)和發(fā)展出了檢測(cè)和定量給定GPCR配體的偏向性質(zhì)的方法。在過去十年中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了許多GPCR的G蛋白偏向和β-抑制蛋白偏向配體。這里我們總結(jié)了A，B和C類中約30種不同GPCR的偏向配體發(fā)現(xiàn)的最新進(jìn)展，許多偏向性配體已經(jīng)在臨床前動(dòng)物模型或臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)出了獨(dú)特的治療優(yōu)勢(shì)。

???A類GPCR偏向配體???視紫紅質(zhì)樣或A類是最大的GPCR家族，約占所有GPCR的85％，包括許多藥物靶標(biāo)以及嗅覺和孤兒受體。許多A類GPCR如胺能受體和嘌呤能受體都是經(jīng)過充分驗(yàn)證的藥物靶標(biāo)，許多新興靶標(biāo)的可藥性正在臨床前研究和臨床試驗(yàn)中用候選藥物進(jìn)行探索。

β腎上腺素能受體（βARs）

βARs可以被細(xì)分為三個(gè)亞型：β1AR，β2AR，β3AR，所有這些都已經(jīng)是被公認(rèn)的藥物靶點(diǎn)。以前鑒定的βAR配體具有共同的結(jié)構(gòu)特征，因?yàn)樗鼈兌己袃翰璺影饭羌?，如去甲腎上腺素（1）和異丙腎上腺素（2）。Drake等人的研究表明，3個(gè)兒茶酚胺衍生物乙基去甲腎上腺素（3），乙基異丙腎上腺素（4），和?-cyclopentylbutanepherine（CPB，5）（5）在β2AR上表現(xiàn)出明顯的偏向β-arrestin的信號(hào)途徑。這些化合物與化合物1和2之間的結(jié)構(gòu)比較清楚地表明，偏向配體具有對(duì)β-arrestin募集活性至關(guān)重要的共同結(jié)構(gòu)特征，后者是兒茶酚胺α-碳上的乙基取代基。

血管緊張素II 1型受體（AT1R）

AT1R是主要的血壓調(diào)節(jié)受體，并且作為AT1R拮抗劑的血管緊張素受體阻滯劑（ARB）是廣泛用于治療高血壓的藥物。通過對(duì)血管緊張素II（Ang II）的序列修飾，Trevena的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)肽SII（13）是AT1R 的第一個(gè)β-arrestin偏向的激動(dòng)劑，其通過用肌氨酸取代Asp 1，用異亮氨酸取代Tyr 4和Phe 8設(shè)計(jì)而成。SII與AT1R具有中等的親和力（KD=300nM），親和力比血管緊張素II（KD=1.6nM）低了187倍，其與血管緊張素Ⅱ競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合AT1R。SII與AT1R結(jié)合后，不會(huì)誘導(dǎo)G蛋白的信號(hào)傳導(dǎo)，而會(huì)引起β-arrestin的募集和受體的內(nèi)吞，并通過β-arrestin激活MAPK下游信號(hào)通路。為了增強(qiáng)SII的親和力，試驗(yàn)人員設(shè)計(jì)了一系列新的AngII類似物，其中肽TRV120023（14）和TRV120027（15）顯示出對(duì)AT 1 R親和力的明顯改善。TRV120023和TRV120027選擇性誘導(dǎo)人AT1R的β-arrestin2募集（?EC 50分別為44nM和17nM），同時(shí)拮抗AngII激活G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)。大鼠的體內(nèi)研究表明，與平衡的AT1R拮抗劑不同，平衡的AT1R拮抗劑在降低血壓的同時(shí)也降低心臟功能，而TRV120027可增加心臟功能并保持心臟搏動(dòng)量。這些結(jié)果支持β-arrestin偏向的AT1R激動(dòng)劑的開發(fā)，用于治療高血壓和心力衰竭，這將提供超過現(xiàn)有ARB藥物的心臟益處。TRV120027已進(jìn)入臨床評(píng)估治療急性心力衰竭（AHF）; 然而，在IIb期試驗(yàn)（BLAST-AHF）中，它沒有給患者帶來任何益處而不能達(dá)到其主要或次要終點(diǎn)。事后分析顯示TRV120027的表現(xiàn)取決于收縮壓的不同，后續(xù)可能會(huì)縮小到亞組從而獲得陽性數(shù)據(jù)。

阿片類受體

阿片受體在疼痛管理，藥物濫用/成癮和情緒障礙中起著關(guān)鍵作用。有四種主要亞型：δ阿片受體（DOR），κ阿片受體（KOR），μ阿片受體（MOR）和nociceptin受體（NOPR）。MOR是阿片類藥物發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的主要途徑。研究表明，阿片類藥物誘導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用是通過MOR的G i/o信號(hào)傳導(dǎo)的，而副作用，如呼吸抑制和便秘，則可能是通過β-arrestin的信號(hào)通路傳導(dǎo)來賦予。這樣，通過選擇性激活與受體偶聯(lián)的下游途徑，可以只獲取藥物的治療作用，而將不良反應(yīng)拋開。Trevena篩選了其內(nèi)部化合物文庫并鑒定了化合物16作為新型MOR激動(dòng)劑。化合物16顯示對(duì)MOR G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)的亞微摩爾活性（pEC50?=6.3）和較低的β-arrestin的募集活性（Emax=32％，嗎啡為100％）。進(jìn)一步的優(yōu)化篩選得到了化合物17，具有更高G蛋白活性和更低的β-arrestin的募集活性，然而，它會(huì)導(dǎo)致心律失常的潛在風(fēng)險(xiǎn)(hERG IC50=2.3 μM)。進(jìn)一步針對(duì)噻吩部分的SAR研究獲得了化合物TRV130（18），其顯示出對(duì)G蛋白依賴性信號(hào)傳導(dǎo)的偏向性，但具有更低的hERG抑制（IC50=6.2μM）。在動(dòng)物模型中，與嗎啡相比，化合物TRV130顯示出有效的鎮(zhèn)痛作用，但是減少了呼吸抑制和便秘。這些結(jié)果表明，TRV130或其他G蛋白偏向的MOR激動(dòng)劑可能作為有效的鎮(zhèn)痛藥起作用，但副作用小于現(xiàn)有的非偏向MOR激動(dòng)劑如嗎啡。TRV130（也稱為奧瑞尼定，OLINVO）已經(jīng)完成了治療中度至重度急性疼痛的3期臨床試驗(yàn)，目前正在等待美國食品和藥物管理局（FDA）的批準(zhǔn)。如果成功，TRV130將成為市場(chǎng)上同類產(chǎn)品中的第一款。

多巴胺受體

多巴胺受體包含五種亞型，其可分為兩個(gè)亞家族，D1樣（D1和D5）和D2樣（D2，D3和D4）受體。D2受體（D2R）是神經(jīng)系統(tǒng)疾病中最重要的藥物靶點(diǎn)之一，是治療帕金森病，精神分裂癥和其他情感障礙的藥物的主要靶點(diǎn)之一。精神分裂癥的治療傳統(tǒng)上涉及典型的抗精神病藥，其阻斷D2R作為拮抗劑或反向激動(dòng)劑的功能。然而，新一代抗精神病藥靶向D2R作為部分激動(dòng)劑，代表藥物為阿立哌唑（45）。雖然這些藥物已成為精神分裂癥治療的基礎(chǔ)，但它們中的大多數(shù)要么不如預(yù)期有效，要么具有不良副作用，包括遲發(fā)性運(yùn)動(dòng)障礙，這是由于長期使用典型抗精神病藥引起的不可逆運(yùn)動(dòng)障礙。

因此，在阿立哌唑的骨架的基礎(chǔ)上，人們開始探索具有偏向性的D2R激動(dòng)劑，并且描述了它們作為動(dòng)物模型中潛在抗精神病藥的作用。如發(fā)現(xiàn)的化合物UNC9975（46），UNC9994（47），和UNC9995（48），它們被證明是D2R的高親和力β-arrestin偏向配體。在精神病的動(dòng)物模型中，化合物UNC9975和UNC9994顯示出對(duì)***（AMPH）和苯環(huán)利定（PCP）刺激的過度運(yùn)動(dòng)的有效抑制，其在β-arrestin2敲除小鼠中減弱或完全消除。這些結(jié)果表明，D2R的β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)是這些化合物的抗精神病功效的重要貢獻(xiàn)者。這些β-arrestin偏向的D2R配體UNC9975和UNC9994也減少了PCP治療或NR1敲低性低谷氨酸能小鼠的精神分裂癥樣行為，且誘導(dǎo)了比典型的抗精神病藥物和D2R拮抗劑氟哌啶醇更低水平的強(qiáng)直性昏厥。

5-羥色胺受體

5-羥色胺受體（也稱為5-HT受體）是多種藥物的靶標(biāo)，包括許多抗抑郁藥，抗精神病藥和減食欲藥。所有5-羥色胺受體都是GPCR，除了5-HT3受體，它是配體門控離子通道。就信號(hào)傳導(dǎo)偏向性而言，5-HT 2A/2C受體是最早報(bào)道功能選擇性配體的GPCR之一，然而，關(guān)于特定下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑（例如，G蛋白與β-arrestin）的偏向性研究最近才有所探究。

麥角胺（79）是一種具有抗偏頭痛特性的天然麥角靈生物堿，是許多5-羥色胺受體的激動(dòng)劑。與大多數(shù)麥角林一樣，例如迷幻劑麥角酸二乙胺（LSD），麥角胺也報(bào)道在5-HT 2B受體上具有β-arrestin的偏向性。與麥角胺共結(jié)晶的5-HT2B受體和5-HT1B受體的結(jié)構(gòu)分別揭示了這些受體的β-arrestin偏向和無偏“活性”狀態(tài)。這些研究為偏向信號(hào)提供了第一個(gè)結(jié)構(gòu)特征，這反過來將指導(dǎo)其他GPCR的偏向配體的合理設(shè)計(jì)。隨著更多偏向的GPCR配體的發(fā)現(xiàn)，將來預(yù)期會(huì)有更多具有與受體結(jié)合的偏向配體的晶體結(jié)構(gòu)。

組胺受體

組胺是一種神經(jīng)遞質(zhì)，通過與四種類型的G蛋白偶聯(lián)的組胺受體（H1R-H4R）結(jié)合而在細(xì)胞中發(fā)揮生理作用，這些受體在各種細(xì)胞類型中差異表達(dá)。例如，H2R主要參與胃酸生成，并且是治療胃酸相關(guān)病癥的經(jīng)典藥理學(xué)靶標(biāo)。關(guān)于配體偏向性質(zhì)，對(duì)常用的H2R阻斷劑法莫替丁的回顧性研究已經(jīng)證明，盡管在cAMP測(cè)定中是反向激動(dòng)劑，但法莫替丁模擬了組胺對(duì)受體脫敏和內(nèi)化的效果。這得到了以下結(jié)論：對(duì)于許多已知在常規(guī)G蛋白測(cè)定中被表征為拮抗劑或反向激動(dòng)劑的已知GPCR配體，它們可以具有受β-arrestin介導(dǎo)的受體脫敏和內(nèi)化的積極功效。

組胺受體的另一種亞型H4R代表了諸如氣道炎癥，炎性腸病和特應(yīng)性皮炎等病理學(xué)的有希望的治療靶標(biāo)。最近，已經(jīng)報(bào)道了對(duì)許多H4R拮抗劑的偏向信號(hào)傳導(dǎo)的比較研究。化合物JNJ-7777120（86），其最初被鑒定為H4R 的選擇性拮抗劑，被表征為β-arrestin的偏向激動(dòng)劑。它在GTPγS結(jié)合試驗(yàn)中沒有顯示出作用，但在β-arrestin2募集試驗(yàn)中顯示出有效的部分激動(dòng)劑活性（pEC50=7.9，Emax=64％）?；谄鋓ndolecarboxamide的骨架，最近開發(fā)了各種JNJ-7777120類似物，其具有與β-抑制蛋白2相似的偏向性質(zhì)，但有趣的是，發(fā)現(xiàn)硝化化合物87是平衡的hH4R激動(dòng)劑。與這些吲哚甲酰胺不同，異硫脲化合物在相對(duì)適度的結(jié)構(gòu)變化時(shí)提供更廣譜的效力。例如，將2-Cl取代引入無偏向H4R拮抗劑VUF9107（88）的苯基，將其轉(zhuǎn)化為G蛋白偏向型激動(dòng)劑VUF5222（89）和3-Cl取代將其轉(zhuǎn)化為β-arrestin2偏向的化合物VUF5223（90）。此外，還報(bào)道了其他化學(xué)類別的G蛋白偏向配體，包括VUF10778（91）和VUF10185（92）和β-arrestin2偏向配體VUF10214（93）。只有少數(shù)H4R拮抗劑已進(jìn)入臨床試驗(yàn)，JNJ-7777120由于半衰期短和臨床前毒性從未進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。

大麻素受體是在生理學(xué)中起重要作用的GPCR家族，其主要具有兩種亞型CB1R和CB2R（其他公認(rèn)的大麻素受體包括GPR18和GPR55）。CB1R主要在CNS中表達(dá)，而CB2R在免疫系統(tǒng)中表達(dá)，并且它們都是引起很多關(guān)注的重要藥物靶標(biāo)。

CB1R主要與G i/o偶聯(lián)，但在被特異性激動(dòng)劑激活時(shí)也觀察到與Gs和Gq偶聯(lián)。一系列證據(jù)表明，大多數(shù)CB1R激動(dòng)劑不能均等地激活相關(guān)的G蛋白，因此顯示出對(duì)特定下游信號(hào)傳導(dǎo)途徑的功能選擇性。例如，合成大麻素WIN-55212（94）同樣地有效抑制（Gi）和激活（Gs）cAMP積累，兩者的Emax均為100％，而內(nèi)源性大麻素anandamide（AEA，95）則更偏向Gi的抑制性通路超過Gs，Emax 分別為81％對(duì)27％。

Apelin Receptor（APJ）

APJ是1993年發(fā)現(xiàn)的A類GPCR，它被認(rèn)為是心血管疾病的潛在靶標(biāo)。已經(jīng)證實(shí)，apelin對(duì)APJ的激活觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)G蛋白依賴性信號(hào)傳導(dǎo)途徑，其增加心肌收縮性和血管舒張，而機(jī)械拉伸激活A(yù)PJ介導(dǎo)的β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)，其導(dǎo)致心臟肥大。因此，從藥物發(fā)現(xiàn)的觀點(diǎn)來看，G蛋白偏向的APJ激動(dòng)劑對(duì)治療心力衰竭更有效。
? ? ? ?基于[Pyr1]apelin-13（108）的肽序列，Brame等設(shè)計(jì)了一系列環(huán)狀類似物，旨在發(fā)現(xiàn)APJ的偏向激動(dòng)劑。在設(shè)計(jì)的100多種肽中，MM07（109）被鑒定為G蛋白偏向的激動(dòng)劑，其具有由兩個(gè)半胱氨酸殘基之間的二硫鍵橋形成的分子內(nèi)大環(huán)。在β-arrestin募集試驗(yàn)中，MM07的效力比[Pyr1]apelin-13低約790倍，而在受體內(nèi)吞試驗(yàn)中，MM07的效力低約215倍。在人類志愿者的前臂血流測(cè)試和大鼠心輸出量實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了MM07相對(duì)于[Pyr1]apelin-13的治療優(yōu)勢(shì)，其支持APJ受體的偏向激動(dòng)劑可以轉(zhuǎn)化為體內(nèi)功效的改善。

趨化因子受體

趨化因子受體也屬于A類GPCR，它們與趨化因子（8-12kDa肽）結(jié)合。趨化因子受體家族在人類中含有24個(gè)成員，并且可以基于它們結(jié)合的趨化因子類別細(xì)分為四個(gè)亞家族：CCR1-10，CXCR1-7，CX3CR1和XCR1。趨化因子受體介導(dǎo)白細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，趨化因子受體的失調(diào)涉及自身免疫疾病，炎性疾病，病毒感染和癌癥。迄今為止，針對(duì)該受體家族的兩種藥物已進(jìn)入市場(chǎng)：用于治療HIV感染的CCR5拮抗劑maraviroc和用于將癌癥患者的造血干細(xì)胞動(dòng)員進(jìn)入血流的CXCR4拮抗劑plerixafor。目前，已經(jīng)鑒定了超過50種趨化因子，并且已經(jīng)描述了趨化因子和趨化因子受體之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)研究了這些趨化因子在趨化因子受體上的偏向特性，這可以部分解釋該受體家族的配體冗余。

趨化因子受體CXCR3是用于治療自身免疫疾病（例如，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，多發(fā)性硬化）和癌癥的潛在藥物靶標(biāo)。對(duì)于CXCR3，負(fù)變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（NAM，112）的輕微結(jié)構(gòu)修飾導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)偏向于β-arrestin或G蛋白途徑的化合物?；衔?13，其被報(bào)道為CXCR3的第一個(gè)有偏向的NAM，其優(yōu)先抑制CXCL11介導(dǎo)的β-arrestin2向CXCR3的募集，但不抑制G蛋白的活化。為了降低支架剛度并因此改善化合物的物理化學(xué)性質(zhì)，右手上的苯部分如化合物114中那樣變?yōu)槿嵝苑醮榛?，該化合物?duì)抑制G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)相對(duì)于β-arrestin募集顯示出187倍的偏好?？梢酝茢啵Y(jié)構(gòu)相似的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以不同方向與CXCR3結(jié)合，這些方向引發(fā)不同的功能反應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向。

前列腺素EP2受體

前列腺素E2（PGE2）通過四個(gè)受體亞型（EP1-EP4）在各種組織中發(fā)揮各種各樣的生物作用。EP2受體在炎癥中起重要作用，并且是治療各種CNS和外周疾病的潛在靶標(biāo)。EP2受體通過G蛋白介導(dǎo)的cAMP信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)腦中的有益神經(jīng)保護(hù)作用；然而，β-arrestin介導(dǎo)的EP2受體信號(hào)傳導(dǎo)的激活導(dǎo)致有害作用，例如腫瘤發(fā)生和血管發(fā)生。Ogawa等最近報(bào)道了他們對(duì)前列腺素受體偏向配體的研究結(jié)果。如圖所示，前列環(huán)素類似物118顯示出非常弱的EP2激動(dòng)劑活性（在cAMP測(cè)定中EC50=8900nM）。用噻唑取代上部柔性烷基鏈以及從ω-鏈上除去15-羥基，得到有效的EP2激動(dòng)劑119，其偏向于G蛋白途徑（cAMP測(cè)定EC50=3.9nM，Emax=98％）并且遠(yuǎn)離β-arrestin途徑（EC50?>10,000nM，Emax=38％）。調(diào)節(jié)環(huán)戊烷支架和苯氧基部分之間的連接基長度，得到短的ω鏈衍生物120，具有相似的偏置分布。圍繞苯環(huán)的SFSR研究導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)具有3-甲基-4-氯取代模式的化合物121，其在G蛋白測(cè)定中顯示出增強(qiáng)的效力，維持對(duì)β-抑制蛋白募集的優(yōu)異功能選擇性。值得注意的是，如化合物122所示，在苯環(huán)中加入另一個(gè)甲基取代基，導(dǎo)致β-arrestin活性急劇增加（EC50=2.3nM，Emax=98％），因此功能選擇性顯著降低。121的環(huán)戊烷部分上的羥基的轉(zhuǎn)化得到化合物123，其顯示其G蛋白活性相對(duì)于121增加了5倍（EC50=0.14nM），而β-arrestin活性沒有任何增加。這些結(jié)果得出結(jié)論，分子結(jié)構(gòu)的細(xì)微修飾可導(dǎo)致配體偏向分布的顯著變化。據(jù)報(bào)道，G蛋白偏向的EP2激動(dòng)劑在兔和猴中顯示出有效的眼內(nèi)壓降低作用。

內(nèi)皮素肽通過與兩種GPCR，ETA和ETB的相互作用介導(dǎo)它們的細(xì)胞作用。內(nèi)皮素拮抗劑是用于治療肺動(dòng)脈高壓（PAH）的批準(zhǔn)藥物。與其他GPCR一樣，對(duì)這些受體的配體偏向特性已有研究。據(jù)報(bào)道，內(nèi)源性配體ET-1，-2和-3的效力和功效在G蛋白依賴性隱靜脈縮窄測(cè)定和β-arrestin募集測(cè)定中不同。ET-1（124）作為參考化合物，顯示另外兩種ET-2（125）和ET-3（126）是ETA的G蛋白偏向激動(dòng)劑，雖然ET-3的效力要小得多。更重要的是波生坦（127）的偏向概況，波生坦是一種非選擇性ETA/ETB拮抗劑，用于臨床治療PAH。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，波生坦是ETA的β-arrestin偏向性拮抗劑，而在ETB則是平衡的。目前尚不清楚ET的β-arrestin偏向拮抗作用是否是其在治療PAH的效果，但正如所指出的，ET-1刺激ETA介導(dǎo)的β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)導(dǎo)致上皮性卵巢癌中NF-κB的激活，和β-arrestin1表觀調(diào)節(jié)ET-1誘導(dǎo)的β-arrestin信號(hào)通路，因此β-arrestin途徑在癌癥中起重要作用。更好地了解信號(hào)通路肯定有助于針對(duì)ETA受體的進(jìn)一步藥物發(fā)現(xiàn)工作。

GPR109A受體

GPR109A（也稱為羥基羧酸受體，HCAR2）是一種孤兒GPCR，被認(rèn)為是負(fù)責(zé)煙酸生物效應(yīng)的受體。煙酸（128），作為藥物和飲食補(bǔ)充劑，主要用于降低甘油三酯和提高血漿高密度脂蛋白（HDL）。然而，煙酸會(huì)引起副作用，其中最常見的是面部潮紅。Merck發(fā)現(xiàn)了一種G蛋白偏向的GPR109A激動(dòng)劑MK-0354（129），它是煙酸的合成四唑生物電子等排體。與煙酸相比，MK-0354刺激未能誘導(dǎo)GPR109A活化后β-arrestin2的構(gòu)象變化，而MK-0354不誘導(dǎo)β-arrestin1的募集。作為GPR109A的偏向激動(dòng)劑，MK-0354已經(jīng)在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了評(píng)估，但未能提高HDL水平。由此得出結(jié)論，煙酸改變HDL水平的機(jī)制是不依賴于GPR109A。然而，這個(gè)例子提供了進(jìn)一步的證據(jù)，證明配體偏向GPCR（在這種情況下是GPR109A）激活可以將受體介導(dǎo)的G蛋白激活與已知的與β-arrestin通路相關(guān)的副作用（在這種情況下，潮紅）分開。

鞘氨醇1-磷酸受體1（S1P1R）

S1P1R是治療多發(fā)性硬化癥的有效藥物靶標(biāo)。Fingolimod是S1P1R的調(diào)節(jié)劑，是第一種用于復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥的口服療法。然而，它會(huì)導(dǎo)致心率（心動(dòng)過緩）的劑量依賴性降低。選擇性S1P1R激動(dòng)劑的臨床研究提示，在人體的心動(dòng)過緩至少部分地是由S1P1R的激活介導(dǎo)的，因此針對(duì)靶點(diǎn)的副作用只能由偏向激動(dòng)劑來避免。達(dá)爾等人報(bào)道了BMS-986104的發(fā)現(xiàn)，這是一種分化的S1P1R調(diào)節(jié)劑，可以改善副作用。如圖所示，化合物130（磷酸芬戈莫德）和131（BMS-986104磷酸鹽）在cAMP抑制，GTPγS結(jié)合，ERK磷酸化和受體內(nèi)吞測(cè)定中都是高效的。與130相比，化合物131在內(nèi)吞測(cè)定中顯示較低的效力（Emax=68％對(duì)比130的100％），并且觀察到它們之間在ERK磷酸化中的超過1400倍的效力差異（8.16nM對(duì)比0.0056nM）。另外，化合物131證實(shí)相對(duì)于ERK磷酸化，cAMP的偏向性（~1000倍）。在培養(yǎng)的人心肌細(xì)胞中，與化合物130相比，化合物131顯示出較低的心率降低，BMS-986104已經(jīng)進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)。目前尚不清楚ERK磷酸化在S1P1R是否依賴于G蛋白或β-arrestin，但131的總體的差異功能特征可能有助于其優(yōu)越的安全性。

神經(jīng)降壓素受體1（NTR1）

神經(jīng)降壓素的生理作用主要由NTR1介導(dǎo)，NTR1已被證明是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如精神分裂癥和藥物成癮）和外周疾?。ㄈ绨┌Y）的藥物靶標(biāo)。雖然大多數(shù)已知的NTR1激動(dòng)劑是神經(jīng)降壓素的肽類似物，但也已報(bào)道了小分子激動(dòng)劑。喹唑啉化合物132來自于HCS的篩選，其在初級(jí)測(cè)定中顯示微摩爾的效力（EC50=5.9μM）。優(yōu)化該化合物導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)ML314（133），其中環(huán)丁基取代基被環(huán)丙基取代。ML314在HCS β-arrestin測(cè)定中顯示出更高的效力（EC50=2.0μM），重要的是，ML314在Gq介導(dǎo)的鈣流試驗(yàn)中沒有反應(yīng)，表明它完全偏向于β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)。在動(dòng)物研究中，ML314減弱多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白敲除小鼠中的***樣過度運(yùn)動(dòng)和甲基***誘導(dǎo)的過度運(yùn)動(dòng)。

FPR2（也稱為脂氧素A 4受體，ALXR）是一種混雜的GPCR，其可以被一系列配體激活，所述配體包括結(jié)構(gòu)上不相關(guān)的脂質(zhì)和肽或蛋白質(zhì)。它是一種潛在的藥物靶點(diǎn)，因?yàn)樗婕耙幌盗姓５纳磉^程和病理性疾病。F2Pal10是一類脂化肽，將FPR2的EL3上的10個(gè)氨基酸的N-末端偶聯(lián)到棕櫚酸。與FPR2激動(dòng)劑WKYMVM相比，F(xiàn)2Pal10在Gq介導(dǎo)的鈣流測(cè)定中同樣有效，但其對(duì)受體的激活不會(huì)導(dǎo)致β-arrestin募集，而WKYMVM是有效的激動(dòng)劑（EC50=19 nM）。F2Pal10不能募集β-arrestin可能與受體內(nèi)吞率降低和中性粒細(xì)胞趨化性受損有關(guān)。雖然由于其偏向性質(zhì)的治療優(yōu)勢(shì)尚未報(bào)道，但F2Pal10可以作為進(jìn)一步研究FPR2功能的有用工具。

腺苷受體是內(nèi)源性分子腺苷的GPCR，已經(jīng)鑒定了四種亞型：A1AR，A2AAR，A2BAR和A3AR。腺苷受體在中樞和外周系統(tǒng)中發(fā)揮不同的作用，并且已經(jīng)開發(fā)了許多它們的配體作為潛在的治療藥物。

A1AR是用于心臟的一個(gè)重要的藥物靶標(biāo)，但當(dāng)前A1AR的藥物因?yàn)樾膭?dòng)過緩的副作用使其應(yīng)用受到限制。Valant等人最近報(bào)道了人工設(shè)計(jì)的A1AR激動(dòng)劑VCP746（136），其是包含與正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑連接的腺苷的雜合分子。相對(duì)于ERK1/2磷酸化，化合物VCP746偏向Gi介導(dǎo)的抑制forskolin刺激的cAMP積累，ERK1/2磷酸化被認(rèn)為為非經(jīng)典的下游信號(hào)通路，因?yàn)樗梢允荊蛋白依賴性和非依賴性的。通過使用R-PIA（137）作為參考化合物，使用激動(dòng)劑轉(zhuǎn)導(dǎo)系數(shù)log（τ/ KA）來評(píng)價(jià)化合物偏向性質(zhì)。相對(duì)于ERK1/2磷酸化，VCP746對(duì)cAMP抑制顯示33.9倍的偏差，而腺苷和VCP900（138）的這種偏差分別僅為1.5倍和2.0倍。在動(dòng)物試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)VCP746在天然A1AR表達(dá)的心肌母細(xì)胞和心肌細(xì)胞中保護(hù)免受缺血性損傷，并且不影響大鼠心房心率。鑒于G蛋白途徑，β-arrestin途徑和ERK1/2磷酸化之間的不確定關(guān)系，未來的研究需要更好地理解不同途徑在受體整體功能中的作用。

???B類GPCR偏向配體???

迄今為止報(bào)道的大多數(shù)偏向配體靶向A類GPCR，而關(guān)于GPCR家族其他類別的文獻(xiàn)仍然有限。其中，B類包含15種對(duì)肽激素有反應(yīng)的GPCR，是許多用于治療糖尿病和骨質(zhì)疏松癥的藥物的靶標(biāo)。B類GPCR共享所有GPCR共有的7TM結(jié)構(gòu)，但它們還具有大的細(xì)胞外N末端，這對(duì)于配體識(shí)別和激活非常重要。與上述A類GPCR中的一些類似，對(duì)現(xiàn)有配體的重新評(píng)估揭示了一些B類受體的偏向性質(zhì)。例如，肽（d-Trp 12，Tyr 34）-PTH（7-34）（PTH-barr）已被報(bào)道為甲狀旁腺激素1型受體（PTH1R）的偏向激動(dòng)劑，其激活β-arrestin而不是典型的G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)，因此充當(dāng)β-arrestin偏向的激動(dòng)劑。在小鼠中，PTH-barr誘導(dǎo)骨形成的合成代謝，其作用在β-arrestin2-null小鼠中消失。

胰高血糖素樣肽1受體（GLP-1R）是B類GPCR，其在2型糖尿病和肥胖的病理生理學(xué)中起非常重要的作用，并且作為藥物靶標(biāo)受到廣泛關(guān)注。在G蛋白和β-arrestin功能測(cè)定評(píng)估后，已經(jīng)報(bào)道了該受體的幾種已知激動(dòng)劑和正變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（PAM）作為偏向配體。例如，相對(duì)于內(nèi)源性配體GLP-1，Oxymtomodulin（151）和Exendin-4（152）都偏向于ChoFlpIn細(xì)胞中的β-arrestin募集。當(dāng)測(cè)試G蛋白介導(dǎo)的和β-arrestin介導(dǎo)的活性時(shí)，GLP-1R的PAM，例如BETP和Boc5，也顯示出偏向性質(zhì)。

通過基于高通量肽文庫篩選發(fā)現(xiàn)了G蛋白偏向的GLP-1R激動(dòng)劑P5（153）。已顯示P5促進(jìn)與GLP-1和exendin-4相當(dāng)?shù)腉蛋白信號(hào)傳導(dǎo)，但顯示出顯著降低的β-arrestin反應(yīng)。它是一種弱胰島素促分泌劑，但在遺傳和飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高血糖功效。P5和exendin-4之間的結(jié)構(gòu)差異在N末端，其中exendin-4的前8個(gè)殘基被去除，并且附加了新的氨基酸。

雖然G蛋白偏向型激動(dòng)劑P5在動(dòng)物模型中顯示功效，并支持G蛋白偏向激動(dòng)劑可作為T2D的新療法的觀點(diǎn)，但據(jù)報(bào)道β-arrestin1的募集促進(jìn)β細(xì)胞增殖并保護(hù)β細(xì)胞凋亡。因此，GLP-1R的β-arrestin偏向激動(dòng)劑的發(fā)現(xiàn)也可為T2D提供潛在的治療方法。通過摻入非天然氨基酸修飾GLP-1肽，HAGer等人最近報(bào)道了GLP-1R的一系列β-arrestin偏向激動(dòng)劑。與A類相比，B類GPCR被認(rèn)為對(duì)配體發(fā)現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈兙哂屑せ钍荏w所需的大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域。最近解決的GLP-1R結(jié)構(gòu)提供了關(guān)于B類GPCR的配體識(shí)別和激活機(jī)制的非常詳細(xì)的信息，并且將促進(jìn)針對(duì)該重要受體家族的未來配體設(shè)計(jì)工作。有必要進(jìn)一步研究偏向配體及其在B類GPCR中的治療潛力。

???C類GPCR偏向配體???C類GPCR由22種受體組成，包括非常重要的藥物靶點(diǎn)，如代謝型谷氨酸受體（mGluR），鈣敏感受體（CaSR）和γ-氨基丁酸（GABA）B型受體（GABA B），等等。C類GPCR的結(jié)構(gòu)與A類的不同之處在于，這些受體的7TM結(jié)構(gòu)域通過富含半胱氨酸的區(qū)域連接到稱為“Venus flytrap”結(jié)構(gòu)域（VFD）的大的雙葉細(xì)胞外氨基末端結(jié)構(gòu)域，其結(jié)合內(nèi)源配體。

mGluR與主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸結(jié)合并調(diào)節(jié)CNS中的突觸傳遞。在谷氨酸對(duì)mGluR活化的許多影響中，最近在表達(dá)mGlu1R的CHO細(xì)胞中報(bào)道了細(xì)胞保護(hù)作用。谷氨酸（157）和天然化合物quisqualate（158）均激活mGlu1R，如測(cè)量的在Gq介導(dǎo)的PI水解測(cè)定中，后者更有效（EC50=16μM和0.63μM）。然而，只有谷氨酸顯示出對(duì)營養(yǎng)剝奪條件誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的神經(jīng)保護(hù)作用（EC50=153μM）。細(xì)胞保護(hù)作用與持續(xù)的ERK磷酸化作用相關(guān)，這種作用不依賴于G蛋白，但與瞬時(shí)ERK磷酸化無關(guān)，后者被認(rèn)為是G蛋白介導(dǎo)的。此外，進(jìn)一步的研究表明，β-arrestin1在谷氨酸的細(xì)胞保護(hù)作用中起作用。

C類GPCR（即VFD結(jié)構(gòu)域）的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和正構(gòu)和變構(gòu)配體的獨(dú)特結(jié)合位點(diǎn)（正構(gòu)激動(dòng)劑與VFD結(jié)合，而變構(gòu)調(diào)節(jié)劑結(jié)合TM結(jié)構(gòu)域）使得配體偏向的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在這些受體上更加難以捉摸。通過誘變研究已經(jīng)鑒定了與上述化合物的觀察到的偏向性質(zhì)相關(guān)的一些關(guān)鍵殘基。例如，在mGlu1R的例子中，Thr188對(duì)于G蛋白介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)是關(guān)鍵的，而Arg323和Lys409殘基是β-arrestin1介導(dǎo)的作用所必需的。對(duì)于CaSR，天然存在的R680G突變通過破壞Arg680（在TM3上）和Glu767（在EL2上）之間的鹽橋選擇性地增強(qiáng)β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)。此外，我們對(duì)每個(gè)信號(hào)通路發(fā)揮的獨(dú)特生理作用的理解仍處于非常早期階段。具有更好的功能選擇性特征的更偏向的調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)每種信號(hào)傳導(dǎo)途徑的功能研究，并提供鑒定更好的治療藥物的機(jī)會(huì)。

?? 發(fā)現(xiàn)偏向配體的挑戰(zhàn)???所有上述實(shí)施例均顯示偏向配體代表新的方向，其可能為與GPCR相關(guān)的多種疾病提供更好的治療。然而，配體偏向也增加了藥物化學(xué)家和藥理學(xué)家在針對(duì)特定GPCR進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)時(shí)必須面對(duì)的另一層挑戰(zhàn)。我們總結(jié)了以下主要挑戰(zhàn)：

（1）作用機(jī)制

在大多數(shù)情況下，特定疾病的病因非常復(fù)雜，并且可能涉及許多受體，蛋白質(zhì)和信號(hào)傳導(dǎo)途徑。在涉及GPCR的情況下，它通過多個(gè)效應(yīng)器發(fā)出信號(hào)并導(dǎo)致下游信號(hào)事件的各種變化。如上面針對(duì)大多數(shù)GPCR所討論的，尚不清楚哪種信號(hào)傳導(dǎo)途徑在治療上是最重要的。β-arrestin的基因敲除是研究給定GPCR的β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)的作用的常用方法，并把偏向配體作為有效的工具。盡管本文中已經(jīng)報(bào)道了許多GPCR的偏向配體，但對(duì)于大多數(shù)GPCR而言，仍然缺少用于研究信號(hào)傳導(dǎo)途徑的理想工具化合物。

（2）功能分析

由于易于操作，諸如測(cè)量鈣或cAMP水平的二級(jí)信使測(cè)定已廣泛用于藥物發(fā)現(xiàn)程序中以檢測(cè)G蛋白途徑活性，并且β-arrestin活化通常通過蛋白質(zhì)的易位來測(cè)量。然而，大多數(shù)時(shí)候，模型細(xì)胞（例如，CHO或HEK-293細(xì)胞）上的工程化受體的過表達(dá)對(duì)于放大信號(hào)和能夠進(jìn)行檢測(cè)是必要的，但其不能完全復(fù)制天然生物學(xué)條件。因此，在額外的細(xì)胞模型（例如，神經(jīng)元，癌癥）中證明配體偏向可能是預(yù)測(cè)生理狀況所必需的。

（3）信號(hào)偏向的量化

偏向因子對(duì)于GPCR偏向配體的SFSR研究非常重要，但是對(duì)于報(bào)道的配體它們通常是缺失的，或者如上面列出的許多實(shí)例所見，它們是不可計(jì)算的?？梢哉f，最廣泛接受的偏向因子量化方法是基于轉(zhuǎn)導(dǎo)系數(shù)（τ/ KA）的計(jì)算，其中l(wèi)og（τ/ KA）的值反映了配體的活性。特異性途徑，可以標(biāo)準(zhǔn)化為參考化合物，得到Δlog（τ/ KA），并進(jìn)一步與其在另一個(gè)信號(hào)通路中的活性進(jìn)行比較，給出ΔΔlog（τ/ KA），從中可以計(jì)算偏向因子。重要的是，參考化合物的選擇是至關(guān)重要的，因?yàn)楫?dāng)選擇不同的參考化合物時(shí)，結(jié)果可能不同。所有這些問題都增加了復(fù)合評(píng)估的數(shù)據(jù)處理步驟的復(fù)雜性。

（4）GPCR配體的多參數(shù)優(yōu)化

對(duì)于藥物化學(xué)家來說，除了配體親和力，功效，脫靶活性，物理化學(xué)和ADMET特性等之外，配體偏向是在GPCR配體上工作時(shí)必須考慮的額外參數(shù)。從以上實(shí)施例可以看出，GPCR配體的細(xì)微結(jié)構(gòu)修飾通常導(dǎo)致化合物的功能選擇性的顯著變化。與SAR數(shù)據(jù)相比，SFSR結(jié)論更難以總結(jié)和解釋并增加GPCR靶向藥物發(fā)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。

? ?展望? ??

偏向激動(dòng)或功能選擇性為更精確的GPCR功能調(diào)節(jié)提供了機(jī)會(huì)，因此為治療提供了增強(qiáng)的功效和/或減少的不良副作用。偏向配體作為新一代藥物的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在幾種GPCR中通過人臨床試驗(yàn)中的研究藥物例如TRV130進(jìn)行了例證，其正在等待FDA批準(zhǔn)。事實(shí)上，有偏向的激動(dòng)作用已成為GPCR藥物發(fā)現(xiàn)的主要范例。然而，值得注意的是，配體在特定受體上的偏向性質(zhì)可能不一定總是在治療上有利，但是應(yīng)該考慮到。

在大多數(shù)情況下，配體的非常小的結(jié)構(gòu)修飾可導(dǎo)致顯著的改變或甚至逆轉(zhuǎn)配體偏向性質(zhì)。其中的基本原因包括給定配體樣品的GPCR配體結(jié)合口袋的相對(duì)高的保守性質(zhì)，其可導(dǎo)致有利的活性GPCR構(gòu)象，G蛋白活化優(yōu)選狀態(tài)或β-arrestin募集優(yōu)選狀態(tài)。雖然結(jié)晶的GPCR數(shù)量仍然相當(dāng)有限，偏向配體的開發(fā)將導(dǎo)致更準(zhǔn)確地“捕獲”GPCR的偏向狀態(tài)，這反過來將導(dǎo)致偏向配體設(shè)計(jì)的更好進(jìn)展。GPCR信號(hào)傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和功能方面的進(jìn)展將導(dǎo)致偏向配體作為剖析與疾病相關(guān)的GPCR相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑的新工具，并最終將導(dǎo)致新一代GPCR靶向藥物。

參考文獻(xiàn)：

• Biased Ligands of G Protein-Coupled Receptors (GPCRs): Structure-Functional Selectivity Relationships (SFSRs) and Therapeutic Potential.?J Med?Chem.?2018 Nov 21;61(22):9841-9878.

免責(zé)聲明：本文系轉(zhuǎn)載分享，文章觀點(diǎn)、內(nèi)容、圖片及版權(quán)歸原作者所有，如涉及侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！