GPCR作為最大的藥物靶標蛋白家族,
一直是最重要的藥物靶點,也是藥理學研究的重要內容,與人類疾病關系密切。GPCR的主體由7段跨細胞質膜的α螺旋結構構成,構象很不穩定,具有“活潑好動”的個性,因此其蛋白表達純化和結晶都非常困難。蛋白表達是指用模式生物如細菌、酵母、動物細胞或者植物細胞表達外源基因蛋白的一種分子生物學技術,美迪西提供蛋白表達服務。
針對GPCR超家族的成員,有多種不同的分類方法,比較流行的有兩種:一是A-F分類系統;另一種是根據序列相似性和功能相似性,將GPCR分為Glutamate, Rhodopsin, Adhesion, Frizzled/Taste2, Secretin等5類(縮寫為GRAFS),絕大部分人源GPCR可被歸類其中。
1、GPCR蛋白與疾病的關系
GPCR家族在人體內分布廣泛,功能復雜,因此與多種疾病的發生和進展過程有所關聯,或在其中扮演重要的角色。根據截止到目前的較為清楚的研究,GPCR涉及到的疾病主要分為3大類:癌癥、炎癥和心血管/代謝疾病。
(1)GPCR與癌癥
研究表明,GPCR家族的多種成員參與了各類癌癥的發生和進展,激素受體類的GPCR參與了某些激素依賴的癌癥。有些蛋白酶激活受體如PAR1,在MMP-1的催化下活化并激活下游信號通路,促進癌細胞的侵襲和惡化。有些趨化因子受體,如CXCR2、CXCR4,在骨髓瘤、淋巴瘤細胞中高表達,也可能高表達在如胰腺癌等實體瘤細胞上,參與細胞的遷移、血管生成等。
(2)GPCR與炎癥
趨化因子受體家族主要表達在免疫系統各類細胞上,參與免疫細胞的發育、遷移、生存、免疫功能的發揮等生理病理過程。其中,炎癥反應就是由免疫細胞上的趨化因子受體受趨化因子激活后介導免疫細胞發揮宿主免疫功能而產生的一類病理現象。如CXCR1、CXCR2主要表達于中性粒細胞上,當機體某處發生感染或出現損傷時,中心粒細胞會在相應趨化因子(CXCL1、CXCL2、CXCL8)的趨化下向病灶遷移,到達病灶后釋放炎癥因子,從而產生局部的炎癥反應。
(3)GPCR與心血管/代謝疾病
與心血管疾病相關的GPCR成員主要分布于Class
A家族的α亞類,如人體最重要的神經體液調節系統之一,血管緊張素系統(RAAS)中的AT1R、AT2R以及Mas-R。AT1R受體激活引起血管收縮,細胞增殖遷移、炎癥纖維化、心肌再塑和肥厚、鈉水潴留和ROS
生成等等;而Mas受體激活主導血管舒張、抑制細胞增殖遷移、抗炎癥纖維化、抗凝、促EDRF、NO生成、抑制心肌肥厚和生長等等,兩者具有相互拮抗的作用,共同維持人體的自穩態。
與代謝疾病相關的GPCR成員主要是分布于Class
A家族中的脂肪酸受體,比如GPR120、GPR41和GPR43等,以及Class B家族中的Secretin受體家族,包括GLP-1R和GCGR等。食物營養成分在腸道中可被分解產生游離脂肪酸,游離脂肪酸除了被吸收氧化分解產生能量以供機體利用之外, 還能通過結合脂肪酸受體激活信號通路,參與多種生理功能的調節, 如維持能量平衡、代謝穩態、調節脂質形成與分解、監測菌群數量等。胰高血糖素樣肽1(GLP-1)通過激活GLP-1R,提高胰島β細胞的胰島素分泌水平,從而控制血糖;同時它還使人產生飽腹感,減緩腸道蠕動,降低食物攝入。胰高血糖素(GCG)通過與其受體GCGR結合而被激活,增強肝糖原降解,并調節葡萄糖的從頭合成途徑,抵抗胰島素的降血糖作用,從而升高血糖。在二型糖尿病患者中,高血糖的同時會伴隨高胰高血糖素癥。
除了這3類疾病主要的疾病之外,還有其他疾病被證明與GPCR相關,如:CCR5參與HIV向T細胞的入侵,是治療艾滋病的一個重要靶點;如降鈣素相關基因肽受體CGRPR和其配體CGRP表達于三叉神經元區域,兩者的相互作用所激活的下游信號通路被證明與偏頭痛相關。
2、以GPCR為靶點的抗體藥物開發
GPCR作為抗體藥物靶點的可行性
目前認為,可以成為藥物靶點的GPCR約為370個。針對GPCR靶點,抗體藥物所起到作用主要是阻斷胞外信號對靶點的激活,調控由靶點介導的胞內信號傳導。
抗體藥物對于GPCR靶點的特點和優勢 :
相對于小分子,抗體在體內的清除率更低,作用時間更長,相應的給藥頻率更低;并且在給定劑量下,抗體的血漿濃度的個體差異更小。
而針對GPCR的抗體藥物治療的特殊優勢,可歸納為以下3個方面:
(1)首先是抗體藥物的獨特成藥性。抗體可以阻斷GPCR與配體的結合,可以讓GPCR內吞,使GPCR下游信號降低或終止。它還可以結合GPCR的特定表位,穩定GPCR活化時的特定構象,產生具有偏好性的生物學活性。
(2)抗體藥物的選擇性好。與受體之間保守度低的位點結合的藥物具有很好的特異性。例如,Secretin受體家族成員的胞外N端較長,而相近成員之間的序列差異主要集中在N端;而小分子結合的跨膜區域則相對保守。
(3)抗體藥物的體內分布。許多GPCR在外周和中樞神經系統均有表達,而抗體藥物由于血腦屏障的阻隔,進入中樞神經系統穿透能力受到限制,因此對于在外周和中樞神經系統均有表達的GPCR,若只需針對外周的部分設計藥物,則可以開發治療性抗體,使藥物主要分布在外周區域,降低對中樞神經系統的毒副作用。