G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs）家族是人類中最龐大的膜蛋白家族，也是很多藥物的重要靶點(diǎn)。這個(gè)家族中有800多個(gè)成員，其中包括400個(gè)左右嗅覺(jué)受體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，靶向GPCR的藥物銷量占全球市場(chǎng)的27%。GPCRs一直是藥物研發(fā)的重要靶點(diǎn)之一，因?yàn)樗鼈兡軌蛘{(diào)控多種廣泛的生理過(guò)程，而且在細(xì)胞表面具有可以成藥的靶點(diǎn)。而且，最近對(duì)GPCRs的研究開(kāi)辟了開(kāi)發(fā)GPCR藥物的新策略。例如，靶向GPCR的別構(gòu)結(jié)合位點(diǎn)（allosteric sites）可以改變受體的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)平衡和功能，從而提高治療效果。而且，對(duì)受體激活機(jī)制的深入研究讓研究人員可以設(shè)計(jì)出偏向激活特定細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的激動(dòng)劑，從而減少因激活其它信號(hào)通路產(chǎn)生的副作用。如今44個(gè)獨(dú)特的GPCRs和205個(gè)配體-受體復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到解析。這些發(fā)現(xiàn)為基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)和設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近日，丹麥哥本哈根大學(xué)（University of Copenhagen）的科學(xué)家們對(duì)所有GPCR藥物和在臨床試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)的在研GPCR藥物進(jìn)行了盤(pán)點(diǎn)，他們的分析發(fā)現(xiàn)了GPCR藥物研發(fā)方面的哪些趨勢(shì)呢？下面我們來(lái)看一看：

       ▲G蛋白偶聯(lián)受體（圖片來(lái)源：維基百科）

       GPCR藥物和臨床期在研藥物分類

       獲得FDA批準(zhǔn)的靶向GPCR的藥物總計(jì)475種，占所有FDA批準(zhǔn)藥物的34%。近5年來(lái)，美國(guó)FDA批準(zhǔn)了69種靶向GPCR的新藥，這一數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)出GPCR藥物研發(fā)的快速進(jìn)展。而臨床期在研藥物中有321種靶向GPCRs，其中60種（19%）藥物靶向的是創(chuàng)新GPCR靶點(diǎn)。

       對(duì)所有藥物和在研藥物按照靶點(diǎn)性質(zhì)分類可以看出以下幾個(gè)特征：

       1. 已有靶點(diǎn)日趨飽和

       475種已經(jīng)獲得批準(zhǔn)的GPCR藥物靶向總計(jì)108個(gè)GPCR靶點(diǎn)，這只占人類非嗅覺(jué)GPCRs的27%。目前已經(jīng)被確認(rèn)的GPCR藥物靶點(diǎn)中，每個(gè)靶點(diǎn)平均被10.3個(gè)不同的藥物靶向。這意味著已有靶點(diǎn)空間已經(jīng)接近飽和，開(kāi)發(fā)新藥需要發(fā)現(xiàn)新的能夠成藥的受體。對(duì)于那些具有很大未滿足醫(yī)療需求而且靶點(diǎn)缺乏的疾病來(lái)說(shuō)（例如，阿茲海默?。?，發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)尤其值得一試。

       2. 多肽或蛋白激活的GPCRs受到關(guān)注

       臨床期在研藥物的靶點(diǎn)中有66個(gè)創(chuàng)新GPCR靶點(diǎn)。在這66個(gè)創(chuàng)新靶點(diǎn)中，有37種是多肽或蛋白激活的GPCRs，其中包括治療2型糖尿病的胰高血糖素（glucagon）受體家族和治療偏頭痛的CGRP受體。而且，有22種在研藥物靶向趨向因子受體，它們治療包括癌癥、哮喘、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和艾滋病等多種疾病。這些新的靶點(diǎn)廣泛地分布在不同類別和家族的GPCRs中，顯示出新的研發(fā)策略對(duì)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新靶點(diǎn)的幫助。

       3. 孤兒受體進(jìn)入臨床試驗(yàn)

       值得注意的是有幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)的靶點(diǎn)是孤兒GPCRs，這些受體的內(nèi)源性配體還未被發(fā)現(xiàn)。這些孤兒GPCRs靶點(diǎn)可能被用于治療糖尿病、胃腸道疾病和過(guò)敏炎癥等一系列疾病。這證明了即便對(duì)受體的內(nèi)源性配體或信號(hào)通路了解有限，藥物研發(fā)過(guò)程仍然可以進(jìn)行并且進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。能夠進(jìn)入臨床試驗(yàn)是一個(gè)重要的分水嶺，因?yàn)樗鼧?biāo)志著臨床前研究結(jié)果和與疾病的相關(guān)性達(dá)到了需要在人體中進(jìn)一步檢驗(yàn)的要求。

       在研藥物的類型和作用機(jī)制

       1. 早期臨床試驗(yàn)中靶向GPCR的生物制劑比例增加

       包括單克隆抗體在內(nèi)的生物制劑已經(jīng)成為一種成熟的醫(yī)療方法，在2014~2016年間占FDA批準(zhǔn)新藥的27~33%。但是，目前還沒(méi)有一例靶向GPCR的單克隆抗體獲得FDA批準(zhǔn)。不過(guò)這一空缺可能很快就將被填補(bǔ)。目前有16種靶向GPCs的單克隆抗體在臨床試驗(yàn)中治療包括癌癥、炎性疾病、和代謝類疾病等多種病癥。其中，諾華（Novartis）靶向CGRP受體的單克隆抗體erenumab在治療偏頭痛的臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)出色。近日諾華宣布erenumab在治療偏頭痛患者的臨床3b期試驗(yàn)中達(dá)到了所有主要和次要終點(diǎn)。這些患者接受過(guò)多次其它療法的治療而且癥狀沒(méi)有得到改善。諾華已經(jīng)向FDA遞交了erenumab的新藥申請(qǐng)。

       而靶向胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide 1，GLP1）受體的多肽藥物已經(jīng)獲得批準(zhǔn)治療2型糖尿病，其中包括exenatide，liraglutide，lixisenatide，albiglutide 和dulaglutide。而且還有更多靶向GPCR的多肽藥物處于臨床開(kāi)發(fā)階段。例如，bremelanotide是一種黑皮質(zhì)素（melanocortin）受體的激動(dòng)劑，它在治療女性性功能失常的兩項(xiàng)臨床3期結(jié)果中取得積極結(jié)果。預(yù)計(jì)該藥物的新藥申請(qǐng)將在2018年遞交給FDA。

       總體來(lái)說(shuō)，有征兆表明小分子以外的藥物形式開(kāi)始成為更流行的靶向GPCR的方式。表現(xiàn)在多肽藥物、單克隆抗體和重組蛋白在臨床1期試驗(yàn)中占有的比重高于2、3期臨床試驗(yàn)。

       2. 更多別構(gòu)調(diào)節(jié)劑出現(xiàn)在早期臨床試驗(yàn)中

       別構(gòu)調(diào)節(jié)劑（allosteric modulators）是一種很具吸引力的創(chuàng)新調(diào)控機(jī)制，它們可以遠(yuǎn)程調(diào)控生理配體與受體結(jié)合引發(fā)的受體活性。這一機(jī)制通常具備以下幾種優(yōu)勢(shì)：對(duì)靶點(diǎn)更高的特異性（可能由于別構(gòu)位點(diǎn)在受體家族中保守型較弱），更好的時(shí)間特異性（與別構(gòu)位點(diǎn)的結(jié)合導(dǎo)致內(nèi)源性配體的釋放），和功能上的特異性。已有的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑包括cinacalcet。它是一種鈣離子感知受體（Calcium sensing receptor，CaS）的正向別構(gòu)調(diào)節(jié)劑，可以用于治療甲狀旁腺功能亢進(jìn)。別構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中目前列舉了27769種靶向GPCR的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑。其中有數(shù)種正向或反向別構(gòu)調(diào)節(jié)劑處于臨床1期和2期試驗(yàn)階段。

       3. 對(duì)靶點(diǎn)特異性的重視

       很多藥物通過(guò)與多個(gè)靶點(diǎn)相互作用來(lái)媒介它們的療效，這種作用方式稱為 “polypharmacology”。對(duì)靶向GPCR的在研藥物的分析表明，在早期臨床試驗(yàn)中被檢驗(yàn)的藥物對(duì)靶點(diǎn)的特異性明顯增強(qiáng)。在臨床1期中接受檢驗(yàn)的藥物的靶點(diǎn)少于已經(jīng)被停用的藥物的靶點(diǎn)數(shù)目。這似乎顯示出研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)藥物特異性的重視。

       靶向GPCR藥物適應(yīng)癥的發(fā)展趨勢(shì)

       研究表明，靶向GPCR藥物的適應(yīng)癥正在從諸如高血壓、過(guò)敏、**和**分裂癥等傳統(tǒng)領(lǐng)域中擴(kuò)展到像AD和肥胖癥等新領(lǐng)域。而且在過(guò)去5年里，GPCRs成為治療多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis，MS）、 戒煙、和短腸綜合癥等新適應(yīng)癥的靶點(diǎn)。下面是GPCR藥物適應(yīng)癥的一些發(fā)展趨勢(shì)：

       1. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病仍然是靶向GPCR藥物適應(yīng)癥的重要組成部分

       在已經(jīng)被批準(zhǔn)的靶向GPCR的藥物中，治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物占26%，而且至少有79種靶向GPCR的臨床期在研藥物是用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的。由于超過(guò)50%的非嗅覺(jué)GPCRs在大腦皮層中表達(dá)，而且GPCR媒介的神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)失常可以導(dǎo)致多種神經(jīng)和心理疾病。因此，神經(jīng)系統(tǒng)疾病將持續(xù)成為靶向GPCR藥物的重要適應(yīng)癥之一。其中，MS、AD、亨廷頓病和脆性X染色體綜合征是尤為值得關(guān)注的領(lǐng)域。

       在MS領(lǐng)域，已經(jīng)有一種靶向GPCR的藥物獲得批準(zhǔn)。它是調(diào)節(jié)S1P1受體功能的fingolimod。另外有多種S1P1調(diào)節(jié)劑處于臨床2期和3期試驗(yàn)中。此外，針對(duì)大 麻素受體（cannabinoid receptor）和 GPR55等其它GPCR靶點(diǎn)的藥物也在臨床2、3試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)治療MS。這些進(jìn)展預(yù)示著通過(guò)與 GPCR相互作用治療MS 的更多療法可能不久即將問(wèn)世。

       2. 糖尿病是靶向GPCR的臨床期在研藥物的重要適應(yīng)癥

       治療代謝類疾病藥物的市場(chǎng)份額的增加也反映到了靶向GPCR的臨床期在研藥物當(dāng)中，其中有27種在研藥物用于治療糖尿病，7種治療肥胖癥。如前所述，針對(duì)GLP1受體的多肽藥物已經(jīng)上市，不過(guò)目前已經(jīng)獲得批準(zhǔn)的藥物都是注射型藥物，口服型靶向GLP1受體的多肽藥物和小分子藥物正處于臨床2期和3期試驗(yàn)中。

       在治療糖尿病和其并發(fā)癥方面，目前有25個(gè)GPCR新靶點(diǎn)在臨床試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)。其中值得關(guān)注的新靶點(diǎn)包括GPR119、FFA1受體和多巴胺D2受體。

       3. 靶向GPCR藥物在腫瘤學(xué)領(lǐng)域中的機(jī)會(huì)

       目前有21種靶向14種不同GPCR的抗癌藥物已經(jīng)獲得批準(zhǔn)，其中包括GnRH受體拮抗劑和SMO受體抑制劑。在臨床試驗(yàn)中，有23種靶向GPCR的在研藥物用于治療癌癥，其中7種靶向的是創(chuàng)新靶點(diǎn)。這些創(chuàng)新靶點(diǎn)包括趨化因子受體和WNT信號(hào)通路中的蛋白。例如，CCR2是單克隆抗體plozalizumab的靶點(diǎn)，plozalizumab現(xiàn)在處于治療黑色素瘤的臨床1期試驗(yàn)中。靶向WNT信號(hào)通路中的FZD7蛋白的單克隆抗體在臨床試驗(yàn)中用于治療乳腺癌和胰 腺癌。

       新興趨勢(shì)和機(jī)遇

       1. 新興GPCR靶點(diǎn)

       通過(guò)對(duì)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)的整理，我們可以推測(cè)出哪些GPCR靶點(diǎn)是正在被制藥公司積極研究的新興靶點(diǎn)。根據(jù)從2014年到2016年十月專利申請(qǐng)的數(shù)據(jù)，趨向因子受體是最被積極研究的靶點(diǎn)家族，有100多項(xiàng)專利申請(qǐng)與之相關(guān)。隨后是CaS受體，糖蛋白激素受體和Frizzled受體。另外有35項(xiàng)專利申請(qǐng)是關(guān)于孤兒受體，包括GPR84，GPR1，GPR17 和 LGR5。

       2. GPCR結(jié)構(gòu)對(duì)藥物研發(fā)的影響

       基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)一直在藥物研發(fā)過(guò)程中起著重要作用，特別是靶向酶類靶點(diǎn)的藥物。然而，直到最近，對(duì)GPCR晶體結(jié)構(gòu)解析方面的挑戰(zhàn)一直限制了針對(duì)這些靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)。不過(guò)最近在GPCR晶體學(xué)方面的突破讓44種不同的GPCR和205種配體-受體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)得到解析。那么GPCR晶體學(xué)方面的進(jìn)展對(duì)藥物研發(fā)的影響如何呢？

       數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)被多種獲批藥物靶向的受體的晶體結(jié)構(gòu)在2007~2012年間紛紛被解析。這一數(shù)據(jù)表明這些受體由于它們與疾病的密切關(guān)系首先被選為晶體結(jié)構(gòu)研究的對(duì)象。然而，在臨床1期和2期試驗(yàn)中被檢測(cè)的很多在研藥物也靶向這些靶點(diǎn)。這意味著它們的結(jié)構(gòu)信息可能被用于加快先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)或者優(yōu)化過(guò)程。

       3. 偏向激活特定信號(hào)通路成為達(dá)成功能特異性的新機(jī)制

       GPCRs可以激活多條信號(hào)通路，激活合適的信號(hào)通路對(duì)獲得有益的細(xì)胞反應(yīng)和生理反應(yīng)非常重要。最新研究表明有些分子能夠有傾向性地激活特定信號(hào)通路，這提供了一條減少副作用的新機(jī)制。數(shù)個(gè)對(duì)特定G蛋白，別構(gòu)調(diào)節(jié)或者β-arrestin有傾向性的藥物正在臨床前與臨床試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)。其中最值得關(guān)注的是μ阿 片受體（μ-opioid receptor）的配體oliceridine。它目前處于臨床3期試驗(yàn)中，已經(jīng)被FDA授予突破性療法認(rèn)定。Oliceridine 不會(huì)激活 β-arrestin信號(hào)通路，而這一信號(hào)通路與阿 片導(dǎo)致的呼吸抑制和便秘相關(guān)，因此oliceridine作為**劑的副作用更小。

       對(duì)有傾向性地激活特定信號(hào)通路的藥物在醫(yī)療方面應(yīng)用的研究才剛剛開(kāi)始。我們還需要對(duì)GPCR媒介的信號(hào)通路進(jìn)行更全面地了解。另外，在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)新方法來(lái)確認(rèn)傾向性激活信號(hào)通路將為這些藥物的臨床前與臨床開(kāi)發(fā)提供重要的工具。

       靶向GPCRs的未來(lái)

       GPCR家族已經(jīng)被證明的成藥性和它們?cè)谔悄虿　⒎逝职Y、AD以及心理疾病方面的重要作用仍將成為促進(jìn)GPCR藥物研發(fā)領(lǐng)域的主要推動(dòng)力。從目前出現(xiàn)的大量新靶點(diǎn)和對(duì)GPCR結(jié)構(gòu)生物學(xué)，藥理學(xué)和模型的研究興趣來(lái)看，GPCR藥物研發(fā)領(lǐng)域的進(jìn)展還將進(jìn)一步加速。

       GPCR藥物研發(fā)的未來(lái)將基于解決幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

       1. 我們需要合適的工具性化合物來(lái)確定靶點(diǎn)的生物功能和與疾病的相關(guān)性。創(chuàng)新的高通量配體鑒定方法（例如DNA編碼化合物庫(kù)）可能幫助發(fā)現(xiàn)這些化合物。

       2. 我們需要改進(jìn)的疾病模型和基因工程系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行藥物靶標(biāo)確認(rèn)（target validation）。CRISPR之類的基因編輯技術(shù)可以提供這方面的幫助。

       3. 龐大駁雜的化合和生物數(shù)據(jù)需要被整理成為長(zhǎng)期共享的數(shù)據(jù)庫(kù)，比如ChEMBL，Guide to Pharmacology和GPCRdb。這些工作不是任何一個(gè)單位可以完成的，它們需要基礎(chǔ)和應(yīng)用GPCR領(lǐng)域的跨學(xué)科合作和公私伙伴關(guān)系來(lái)加快這些方面的進(jìn)展。

       參考資料：

       [1] Trends in GPCR drug discovery: new agents, targets and indications

       [2] Novartis reports erenumab met all primary and secondary endpoints in unique Phase IIIb study in episodic migraine patients who have failed multiple prior preventive treatments