Nature長文：GPCR藥物大盤點

       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。這個家族中有800多個成員，其中包括400個左右嗅覺受體。據(jù)統(tǒng)計，靶向GPCR的藥物銷量占全球市場的27%。GPCRs一直是藥物研發(fā)的重要靶點之一，因為它們能夠調(diào)控多種廣泛的生理過程，而且在細胞表面具有可以成藥的靶點。而且，最近對GPCRs的研究開辟了開發(fā)GPCR藥物的新策略。例如，靶向GPCR的別構(gòu)結(jié)合位點（allosteric sites）可以改變受體的結(jié)構(gòu)、動態(tài)平衡和功能，從而提高治療效果。而且，對受體激活機制的深入研究讓研究人員可以設(shè)計出偏向激活特定細胞內(nèi)信號通路的激動劑，從而減少因激活其它信號通路產(chǎn)生的副作用。如今44個獨特的GPCRs和205個配體-受體復合體的晶體結(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)計提供了堅實的基礎(chǔ)。近日，丹麥哥本哈根大學（University of Copenhagen）的科學家們對所有GPCR藥物和在臨床試驗中接受檢驗的在研GPCR藥物進行了盤點，他們的分析發(fā)現(xiàn)了GPCR藥物研發(fā)方面的哪些趨勢呢？下面我們來看一看：

       ▲G蛋白偶聯(lián)受體（圖片來源：維基百科）

       GPCR藥物和臨床期在研藥物分類

       獲得FDA批準的靶向GPCR的藥物總計475種，占所有FDA批準藥物的34%。近5年來，美國FDA批準了69種靶向GPCR的新藥，這一數(shù)據(jù)現(xiàn)實出GPCR藥物研發(fā)的快速進展。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。

       對所有藥物和在研藥物按照靶點性質(zhì)分類可以看出以下幾個特征：

       1. 已有靶點日趨飽和

       475種已經(jīng)獲得批準的GPCR藥物靶向總計108個GPCR靶點，這只占人類非嗅覺GPCRs的27%。目前已經(jīng)被確認的GPCR藥物靶點中，每個靶點平均被10.3個不同的藥物靶向。這意味著已有靶點空間已經(jīng)接近飽和，開發(fā)新藥需要發(fā)現(xiàn)新的能夠成藥的受體。對于那些具有很大未滿足醫(yī)療需求而且靶點缺乏的疾病來說（例如，阿茲海默?。?，發(fā)現(xiàn)新靶點尤其值得一試。

       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中有66個創(chuàng)新GPCR靶點。在這66個創(chuàng)新靶點中，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、類風濕性關(guān)節(jié)炎和艾滋病等多種疾病。這些新的靶點廣泛地分布在不同類別和家族的GPCRs中，顯示出新的研發(fā)策略對發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新靶點的幫助。

       3. 孤兒受體進入臨床試驗

       值得注意的是有幾項臨床試驗的靶點是孤兒GPCRs，這些受體的內(nèi)源性配體還未被發(fā)現(xiàn)。這些孤兒GPCRs靶點可能被用于治療糖尿病、胃腸道疾病和過敏炎癥等一系列疾病。這證明了即便對受體的內(nèi)源性配體或信號通路了解有限，藥物研發(fā)過程仍然可以進行并且進入臨床試驗階段。能夠進入臨床試驗是一個重要的分水嶺，因為它標志著臨床前研究結(jié)果和與疾病的相關(guān)性達到了需要在人體中進一步檢驗的要求。

       在研藥物的類型和作用機制

       1. 早期臨床試驗中靶向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批準新藥的27~33%。但是，目前還沒有一例靶向GPCR的單克隆抗體獲得FDA批準。不過這一空缺可能很快就將被填補。目前有16種靶向GPCs的單克隆抗體在臨床試驗中治療包括癌癥、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期試驗中達到了所有主要和次要終點。這些患者接受過多次其它療法的治療而且癥狀沒有得到改善。諾華已經(jīng)向FDA遞交了erenumab的新藥申請。

       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發(fā)階段。例如，bremelanotide是一種黑皮質(zhì)素（melanocortin）受體的激動劑，它在治療女性性功能失常的兩項臨床3期結(jié)果中取得積極結(jié)果。預計該藥物的新藥申請將在2018年遞交給FDA。

       總體來說，有征兆表明小分子以外的藥物形式開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期試驗中占有的比重高于2、3期臨床試驗。

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

       別構(gòu)調(diào)節(jié)劑（allosteric modulators）是一種很具吸引力的創(chuàng)新調(diào)控機制，它們可以遠程調(diào)控生理配體與受體結(jié)合引發(fā)的受體活性。這一機制通常具備以下幾種優(yōu)勢：對靶點更高的特異性（可能由于別構(gòu)位點在受體家族中保守型較弱），更好的時間特異性（與別構(gòu)位點的結(jié)合導致內(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。別構(gòu)數(shù)據(jù)庫中目前列舉了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期試驗階段。

       3. 對靶點特異性的重視

       很多藥物通過與多個靶點相互作用來媒介它們的療效，這種作用方式稱為 “polypharmacology”。對靶向GPCR的在研藥物的分析表明，在早期臨床試驗中被檢驗的藥物對靶點的特異性明顯增強。在臨床1期中接受檢驗的藥物的靶點少于已經(jīng)被停用的藥物的靶點數(shù)目。這似乎顯示出研發(fā)機構(gòu)對藥物特異性的重視。

       靶向GPCR藥物適應(yīng)癥的發(fā)展趨勢

       研究表明，靶向GPCR藥物的適應(yīng)癥正在從諸如高血壓、過敏、**和**分裂癥等傳統(tǒng)領(lǐng)域中擴展到像AD和肥胖癥等新領(lǐng)域。而且在過去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。下面是GPCR藥物適應(yīng)癥的一些發(fā)展趨勢：

       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50%的非嗅覺GPCRs在大腦皮層中表達，而且GPCR媒介的神經(jīng)遞質(zhì)傳導失?？梢詫е露喾N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。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期試驗中。此外，針對大 麻素受體（cannabinoid receptor）和 GPR55等其它GPCR靶點的藥物也在臨床2、3試驗中接受檢驗治療MS。這些進展預示著通過與 GPCR相互作用治療MS 的更多療法可能不久即將問世。

       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份額的增加也反映到了靶向GPCR的臨床期在研藥物當中，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GLP1受體的多肽藥物已經(jīng)上市，不過目前已經(jīng)獲得批準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期試驗中。

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

       3. 靶向GPCR藥物在腫瘤學領(lǐng)域中的機會

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

       新興趨勢和機遇

       1. 新興GPCR靶點

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

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

       基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計一直在藥物研發(fā)過程中起著重要作用，特別是靶向酶類靶點的藥物。然而，直到最近，對GPCR晶體結(jié)構(gòu)解析方面的挑戰(zhàn)一直限制了針對這些靶點結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計。不過最近在GPCR晶體學方面的突破讓44種不同的GPCR和205種配體-受體復合物的結(jié)構(gòu)得到解析。那么GPCR晶體學方面的進展對藥物研發(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)研究的對象。然而，在臨床1期和2期試驗中被檢測的很多在研藥物也靶向這些靶點。這意味著它們的結(jié)構(gòu)信息可能被用于加快先導化合物的發(fā)現(xiàn)或者優(yōu)化過程。

       3. 偏向激活特定信號通路成為達成功能特異性的新機制

       GPCRs可以激活多條信號通路，激活合適的信號通路對獲得有益的細胞反應(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通路，這提供了一條減少副作用的新機制。數(shù)個對特定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中接受檢驗。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期試驗中，已經(jīng)被FDA授予突破性療法認定。Oliceridine 不會激活 β-arrestin信號通路，而這一信號通路與阿 片導致的呼吸抑制和便秘相關(guān)，因此oliceridine作為**劑的副作用更小。

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

       靶向GPCRs的未來

       GPCR家族已經(jīng)被證明的成藥性和它們在糖尿病、肥胖癥、AD以及心理疾病方面的重要作用仍將成為促進GPCR藥物研發(fā)領(lǐng)域的主要推動力。從目前出現(xiàn)的大量新靶點和對GPCR結(jié)構(gòu)生物學，藥理學和模型的研究興趣來看，GPCR藥物研發(fā)領(lǐng)域的進展還將進一步加速。

       GPCR藥物研發(fā)的未來將基于解決幾個關(guān)鍵問題：

       1. 我們需要合適的工具性化合物來確定靶點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）可能幫助發(fā)現(xiàn)這些化合物。

       2. 我們需要改進的疾病模型和基因工程系統(tǒng)來進行藥物靶標確認（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)需要被整理成為長期共享的數(shù)據(jù)庫，比如ChEMBL，Guide to Pharmacology和GPCRdb。這些工作不是任何一個單位可以完成的，它們需要基礎(chǔ)和應(yīng)用GPCR領(lǐng)域的跨學科合作和公私伙伴關(guān)系來加快這些方面的進展。

       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