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GPCR (G Protein-Coupled Receptor)，即G蛋白偶聯(lián)受體，是哺乳動(dòng)物基因組中最大的膜蛋白家族[1]，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管、視網(wǎng)膜等器官和組織，參與機(jī)體的發(fā)育和正常的功能行使。而如果與其相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)通路調(diào)節(jié)發(fā)生異常，或者外源病原物以之為受體攻擊機(jī)體細(xì)胞，則會(huì)導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生。因此，GPCR被視為重要的藥物開(kāi)發(fā)靶點(diǎn)，GPCR抗體藥物研發(fā)具有非常重要的價(jià)值。
GPCR家族簡(jiǎn)介
GPCR的主體由7段跨細(xì)胞質(zhì)膜的α螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成。N端和三個(gè)loop位于胞外，參與受體與其配體的相互作用；C端和3個(gè)loop位于胞內(nèi)。
特定的配體與GPCR結(jié)合，會(huì)引起G蛋白的活化，產(chǎn)生第二信使Ca2+或cAMP，將GPCR所接受的胞外信號(hào)向下游傳遞；但GPCR也可以介導(dǎo)不依賴G蛋白的信號(hào)傳導(dǎo)，如通過(guò)與β-arrestin等分子相互作用調(diào)節(jié)下游通路。
針對(duì)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(tǒng)；另一種是根據(jù)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(xiě)為GRAFS），絕大部分人源GPCR可被歸類其中[1]。
GPCR蛋白與疾病的關(guān)系
GPCR家族在人體內(nèi)分布廣泛，功能復(fù)雜，因此與多種疾病的發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程有所關(guān)聯(lián)，或在其中扮演重要的角色。根據(jù)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。
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(fā)生和進(jìn)展[2]。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(hào)通路，促進(jìn)癌細(xì)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(xì)胞中高表達(dá)[3]，也可能高表達(dá)在如胰腺癌等實(shí)體瘤細(xì)胞上，參與細(xì)胞的遷移、血管生成等[4]。
GPCR與炎癥
趨化因子受體家族主要表達(dá)在免疫系統(tǒng)各類細(xì)胞上，參與免疫細(xì)胞的發(fā)育、遷移、生存、免疫功能的發(fā)揮等生理病理過(guò)程[5]。其中，炎癥反應(yīng)就是由免疫細(xì)胞上的趨化因子受體受趨化因子激活后介導(dǎo)免疫細(xì)胞發(fā)揮宿主免疫功能而產(chǎn)生的一類病理現(xiàn)象。如CXCR1、CXCR2主要表達(dá)于中性粒細(xì)胞上，當(dāng)機(jī)體某處發(fā)生感染或出現(xiàn)損傷時(shí)，中心粒細(xì)胞會(huì)在相應(yīng)趨化因子（CXCL1、CXCL2、CXCL8）的趨化下向病灶遷移，到達(dá)病灶后釋放炎癥因子，從而產(chǎn)生局部的炎癥反應(yīng)[6]。
GPCR與心血管/代謝疾病
與心血管疾病相關(guān)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(jīng)體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一，血管緊張素系統(tǒng)（RAAS）中的AT1R、AT2R以及Mas-R。AT1R受體激活引起血管收縮，細(xì)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(dǎo)血管舒張、抑制細(xì)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(zhǎng)等等，兩者具有相互拮抗的作用，共同維持人體的自穩(wěn)態(tài)。
與代謝疾病相關(guān)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[7]。食物營(yíng)養(yǎng)成分在腸道中可被分解產(chǎn)生游離脂肪酸，游離脂肪酸除了被吸收氧化分解產(chǎn)生能量以供機(jī)體利用之外, 還能通過(guò)結(jié)合脂肪酸受體激活信號(hào)通路, 參與多種生理功能的調(diào)節(jié), 如維持能量平衡、代謝穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)形成與分解、監(jiān)測(cè)菌群數(shù)量等。胰高血糖素樣肽1（GLP-1）通過(guò)激活GLP-1R，提高胰島β細(xì)胞的胰島素分泌水平，從而控制血糖；同時(shí)它還使人產(chǎn)生飽腹感，減緩腸道蠕動(dòng)，降低食物攝入。胰高血糖素（GCG）通過(guò)與其受體GCGR結(jié)合而被激活，增強(qiáng)肝糖原降解，并調(diào)節(jié)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(shí)會(huì)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(guān)，如：CCR5參與HIV向T細(xì)胞的入侵，是治療艾滋病的一個(gè)重要靶點(diǎn)；如降鈣素相關(guān)基因肽受體CGRPR和其配體CGRP表達(dá)于三叉神經(jīng)元區(qū)域，兩者的相互作用所激活的下游信號(hào)通路被證明與偏頭痛相關(guān)[8]。
以GPCR為靶點(diǎn)的抗體藥物開(kāi)發(fā)
GPCR作為抗體藥物靶點(diǎn)的可行性
目前認(rèn)為，可以成為藥物靶點(diǎn)的GPCR約為370個(gè)。針對(duì)GPCR靶點(diǎn)，抗體藥物所起到作用主要是阻斷胞外信號(hào)對(duì)靶點(diǎn)的激活，調(diào)控由靶點(diǎn)介導(dǎo)的胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)。
抗體藥物對(duì)于GPCR靶點(diǎn)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
相對(duì)于小分子，抗體在體內(nèi)的清除率更低，作用時(shí)間更長(zhǎng)，相應(yīng)的給藥頻率更低；并且在給定劑量下，抗體的血漿濃度的個(gè)體差異更小。
而針對(duì)GPCR的抗體藥物治療的特殊優(yōu)勢(shì)，可歸納為以下3個(gè)方面：
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首先是抗體藥物的獨(dú)特成藥性。抗體可以阻斷GPCR與配體的結(jié)合，可以讓GPCR內(nèi)吞，使GPCR下游信號(hào)降低或終止。它還可以結(jié)合GPCR的特定表位，穩(wěn)定GPCR活化時(shí)的特定構(gòu)象，產(chǎn)生具有偏好性的生物學(xué)活性。
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其次是抗體藥物的選擇性好。與受體之間保守度低的位點(diǎn)結(jié)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(zhǎng)，而相近成員之間的序列差異主要集中在N端；而小分子結(jié)合的跨膜區(qū)域則相對(duì)保守[9]。
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再者是抗體藥物的體內(nèi)分布。許多GPCR在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達(dá)，而抗體藥物由于血腦屏障的阻隔，進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)穿透能力受到限制，因此對(duì)于在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達(dá)的GPCR，若只需針對(duì)外周的部分設(shè)計(jì)藥物，則可以開(kāi)發(fā)治療性抗體，使藥物主要分布在外周區(qū)域，降低對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毒副作用。
以GPCR為靶點(diǎn)的抗體藥物開(kāi)發(fā)方法的發(fā)展現(xiàn)狀
GPCR的7個(gè)跨膜區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及天然的低表達(dá)率，使得有生物學(xué)活性的可溶性GPCR抗原難以制備，篩選困難。目前GPCR抗原制備有多種方法，但都存在各自的缺陷[10]。
英國(guó)Heptares therapeutics公司開(kāi)發(fā)的StaR技術(shù)，通過(guò)向GPCR引入少量定點(diǎn)突變，在不破壞蛋白藥理學(xué)性質(zhì)的情況下提高受體的熱穩(wěn)定性，從而幫助純化出的GPCR穩(wěn)定構(gòu)象，或通過(guò)設(shè)計(jì)突變將GPCR固定成特定的失活或激活狀態(tài)，用于篩選特定的激活型或抑制型抗體。
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