G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor，GPCRs）是一类高度保守、存在于细胞表面的膜蛋白超级家族，其数目和种类在细胞表面受体中为最多。GPCR由七个α螺旋跨膜结构域组成，这七个α螺旋跨膜结构域将受体分割为胞外N 端、3个胞外环、胞内C端和3个胞内环。受体的胞外部分常带有糖基化修饰，胞外环上存在的两个高度保守的半胱氨酸残基，可以通过形成二硫键对受体空间结构起稳定作用。在受体的C端和连接（从肽链 N 端数起）第5和6个跨膜螺旋的胞内环（第3个胞内环）上，都有与G蛋白、GRKs、arrestin等下游信号分子结合的位点。

1. GPCR受体的分类

在人体中发现的GPCR根据氨基酸序列的保守性及结构特征，可以分为如下5个亚家族：（1）Class A (Rhodopsin-Like)，是目前已发现的最大的一类 GPCR，此类受体包括趋化因子受体、神经肽受体、视紫红质受体等；（2）Class B (Secretin)，主要配体有降钙素、胰高血糖素、副甲状腺素、利尿素等；（3）Class C (Glutamate)主要包括谷氨酸盐受体、γ-氨基丁酸受体、Ca2+受体等；(4) Class D (Adhesion)， 此类家族的N端结构域非常巨大，在多种生物学功能中发挥着关键作用，其特征是具有能够介导细胞-细胞和细胞-基质相互作用的各种粘附结构域，目前还没有被解析的结构；(5) Class F (Frizzled/TAS2)， N端较长，结合Wnt糖蛋白。 

（图为GPCR家族树，图片来源于《Status of GPCR Modeling and Docking as Reflected by Community-wide GPCR Dock 2010 Assessment》）

（图为不同类别GPCR受体结构的多样性，图片来源于《Impact of GPCR Structures on Drug Discovery》）

2. GPCR受体为当前最为重要的药物作用靶标库

 GPCR 是跨膜蛋白受体的一个大家族，目前已发现涉及感觉、化学、刺激等成员800多个。GPCR与许多生理和病理疾病密切相关，包括糖尿病、心脏病、肿瘤、免疫与感染性疾病、神经与精神性疾病等。根据最新的统计数据，FDA批准上市的药物中共有475种药物靶向GPCRs，约占FDA批准药物的34%；2011~2015年间，GPCRs 药物销售额达9170亿美元，销售份额占全球总额的约27%；统计获批药物和临床候选药物作用靶点时，发现胺类受体如组胺受体、多巴胺受体、肾上腺受体、乙酰胆碱受体等为最大的药物靶点，475种获批药物中的314种作用在该类受体上。

  据2019年小分子药物（口服）统计数据，32种中有7种是针对GPCRs的。2019年进入市场的GPCRs靶向药物有Reyvow (lasmiditan，一种选择性5-HT1FR拮抗剂)，Wakix（pitolisant，选择性H3R拮抗剂），Ubrelvy (ubrogepant，CGRP受体拮抗剂)，Nourianz（istradefylline，选择性A2AR拮抗剂）等。

 此外，基于GPCR靶点药物的广阔前景，北京科信美德和杭州鸿运华宁布局了该领域。北京科信美德在研的 REMD-477 是针对胰高血糖素受体GCGR的抑制性抗体。通过抑制 GCGR 降低胰岛 A 细胞的胰高血糖素分泌，进而抑制内源血糖的合成。目前，该产品正处于治疗1型和2型糖尿病的临床研究阶段。

杭州的鸿运华宁（Gmax Biopharm）有2种针对GPCR蛋白的在研抗体新药：GMA102 和GMA301。其中，GMA102是针对GLP1R的激活型抗体，通过激活 GLP1R，调控其下游信号通路，提高胰岛B细胞的胰岛素分泌水平，从而控制血糖；GMA301针对内皮素受体（一种与Na+/Ca2+交换系统和Na+/H+交换系统相关的GPCR），通过与内皮素受体的结合，降低内皮素导致的血管压力增加，从而缓解肺动脉压力过高的症状。

3. 目前GPCR靶点药物开发的技术难点

3.1抗原制备

 GPCR如此大的市场规模，但是2019年才针对CCR4和CGRP开发出大分子抗体药物，一方面是因为GPCR膜蛋白结构具有复杂性和不稳定性，另一方面是缺少高质量的免疫原和抗原制备技术。晶蛋生物独特的哺乳动物表达系统解决了GPCR抗原表达量少的问题，纳米圆盘组装技术可以极大的提高抗原稳定性，可以生产足够的免疫材料来进行抗体筛选，解决GPCR抗体药物研发行业的痛点。

3.2抗体筛选方法的选择     

抗体展示的方法目前主要有：噬菌体展示、酵母展示、核糖体展示等。噬菌体展示的优点是库容量大、操作简便等，缺点主要是原核系统表达的蛋白缺乏真核系统的修饰；酵母展示的优点是将筛选和检测相结合，缺点是库容量相对较小；核糖体展示的优点是库容量大，缺点包括无法展示Fab形式的抗体、体系不稳定等。这些方法各有优劣，可以根据项目需要选择合适的方法。

3.3 GPCR结构解析

蛋白质的三维结构可以为以蛋白质为作用靶点的药物开发提供重要信息。自1984 年以来，人们通过 X 射线晶体衍射学研究 GPCR 蛋白的三维空间结构，并取得重要进展。但是，迄今仅有少数GPCR 结构得到解析，GPCR与其效应蛋白复合物结晶依然非常困难。

4. 晶蛋生物在GPCR靶点创新新药研发中的技术优势

4.1纳米圆盘技术筛选GPCR纳米抗体

 GPCRs属于膜蛋白，表达在脂质双层膜上，GPCRs从体内膜中提取出来需要去污剂来维持蛋白的正常折叠，结构极难稳定、容易变性，容易失去生物活力而无法获得高质量的抗原。

  纳米圆盘（Nanodiscs）是由膜骨架蛋白(membrane scaffold proteins， MSPs)和磷脂分子构成的磷脂双分子层类膜结构。通过晶蛋生物独特的纳米圆盘组装技术，可以将GPCRs整合到Nanodiscs中，完全除掉去污剂，让GPCRs像可溶性蛋白一样稳定，保持其生物学活性，为GPCRs的研究提供了有力的技术支持。在纳米圆盘中重构的膜蛋白可在室温条件下，3-7天内仍然保留活性。我们利用该技术进行膜蛋白纳米抗体的筛选。目前主流的单抗制备流程主要是抗原制备、培育、筛选、优化、临床前发展，历时2-3年。利用晶蛋生物成熟的抗原抗体制备技术，能够大大缩短抗体研发的临床前研究时间。

4.2多种蛋白表达系统

实验室拥有多种蛋白表达系统，包括原核蛋白表达系统、酵母蛋白表达系统、昆虫细胞蛋白表达系统（杆状病毒）和哺乳动物细胞蛋白表达系统；具备多种融合技术，可以在蛋白表达与纯化方面提供多种技术选择。建立了从方案设计、基因优化、表达条件优化到纯化的完整技术体系，以提高目的蛋白表达水平和样品质量。公司平台可以为国内抗体药物研发提供高质量的抗原。

4.3成熟的结构生物学平台助力GPCR靶点结构解析

晶蛋生物拥有国际顶尖的结构生物学团队，掌握了脂立方相结晶技术和冷冻电镜技术（冷冻电镜技术的优势在于所需样品量非常少（每个电镜筛网仅需微克级别的样品）、无须结晶，受体蛋白无须进行突变以提高热力学稳定性，研究对象更接近生理状态），可解析重要药物靶点结构，助力新药研发。此外，我们开创性将基于结构的药物开发（SBDD)技术应用于膜蛋白药物开发中，把膜蛋白稳定在临床上疾病模型相关构象中，为膜蛋白的靶向药物开发提供契机。

基于平台，我们已解析数百种药物靶点结构（数十个离子通道蛋白、GPCR、多个新冠病毒相关蛋白和PARPs家族的结构），2020年至今已经解析超过50个结构。 

 欢迎有研发合作需求的企业、科研机构与我们联系。