导言：今年2月，由工业和信息化部、发展改革委、科技部、商务部、卫生健康委、应急管理部、国家医保局、国家药监局、国家中医药管理局等九部门联合发布了《“十四五”医药工业发展规划》，并在其中指出在抗体药物领域中G蛋白偶联受体（GPCR）抗体将作为重点发展对象。

 很多人可能会对GPCR是什么和GPCR抗体药物的发展状况知之甚少，晶蛋生物将通过本文针对这些问题进行回答。

 

一、什么是GPCR

G蛋白偶联受体(GProtein-coupledReceptors，GPCRs)是人类基因组编码的最大的蛋白质超家族之一，有800多个家族成员，包括约398个非嗅觉受体．398个非嗅觉GPCRs中大多数被认为是可药用的，至少有475个已批准的药物靶向100多个GPCRs，320种新药正在临床试验，靶向近70个新的GPCRs。G蛋白偶联受体(GPCRs)是目前公认的最常用的治疗靶点之一。

GPCRs的主体由七段跨细胞质膜的α-螺旋组成，胞外结构由N端和3个loop结构（EL1、EL2、EL3）组成，参与GPCRs与其受体的相互作用；胞内结构由C端和3个loop结构（ICL1、ICL2、ICL3）组成，介导胞内信号传导（图1）。根据GPCRs序列相似度，GPCR可分为为视紫红质(Rhodopsin) 、分泌素(Secretin) 、黏附( Adhesion) 、谷氨酸(Glutamate) 和 Frizzled /TAS2受体 5 大类^[1]。

图1 GPCR结构^[2]

GPCRs靶向抗体有可能成为广泛疾病领域的治疗手段，截止至2017年，GPCR靶向抗体已有多种应用领域（图2），其中在肿瘤、代谢性疾病和炎症领域的应用最为广泛。

图2 GPCR靶向抗体药物应用领域分布^[3] 

二、GPCRs在疾病治疗中的应用^[3]

GPCRs通过其保守序列基序确定其配体，但是目前还有没确定的配体被称为“孤儿受体”，孤儿GPCRs是潜在的有价值的药物靶点，许多和癌症、精神疾病、糖尿病和炎症有关。

GPCRs在癌症中的应用：GPCRs涉及肿瘤生物学的多个方面，包括细胞生长、增殖、转移、血管生成、凋亡以及肿瘤微环境（TME）和相关免疫细胞的调节。研究表明，对于癌症的治疗，GPCRs广泛表达于TME内的免疫细胞上，如调节性T（Treg）细胞（表达CCR4、CCR8和CCR10）、肿瘤相关巨噬细胞和髓源性抑制细胞（MDSC）。MDSC表达CXCR2、CXCR4、CCR5和CCR2，骨髓间充值干细胞的扩增是一种主要的肿瘤免疫逃逸机制，阻断CXCR2介导的MDSC转运可显著提高抗程序性细胞死亡蛋白1（抗PD1）治疗横纹肌肉瘤的疗效，并在胰腺癌小鼠模型中抑制转移和增强PD1抑制的效果。

GPCRs在炎症中的应用：免疫细胞通过表达不同的GPCRs以调节感染或损伤时的组织，因此GPCRs在宿主防御系统中至关重要。PARs是一种独特的GPCRs，它们通过凝血酶和类胰蛋白酶等酶对N端的蛋白水解裂解而被激活。PARs的激活诱导炎症的发生，包括发红、肿胀等。炎症激活涉及肽释放的神经源性炎症机制，包括神经激肽和降钙素基因相关肽（CGRP）。通过肽裂解激活PAR导致新形成的N末端成为配体，该配体被拴在受体上，并且具有抑制小分子拮抗剂的作用。目前PAR1拮抗剂已被批准用于治疗血栓。抗体可以通过阻止蛋白酶分裂或在分裂后通过N端栓系配体介导的变构抑制激活来阻止这些受体。

GPCRs在代谢疾病中的应用：GPCRs通过平衡食欲、消化、能量消耗和新陈代谢，在维持体内稳定方面起着关键作用。因此，他们长期以来一直被认为是代谢疾病，包括糖尿病和肥胖研究的目标。例如分泌素受体家族的配体包括调节血糖和胰岛素水平的关键激素，如胰高血糖素、胰高血糖素样肽1（GLP1）、胃抑制多肽（GIP）和胰淀素（IAPP）以及垂体腺苷酸环化酶激活多肽（PACAP），它们通过PACAP 1型受体（PAC1）、VPAC1和VPAC2调节胰岛上的副交感驱动。

 

三、GPCR抗体药物的优势

目前，GPCRs主要用于小分子药物或低分子量肽的靶向治疗。然而，人们对开发治疗性抗体以调节GPCRs功能的潜力越来越重视，部分原因是单克隆抗体(mAb)疗法相比小分子疗法有好处，特别是在一些疾病环境中。

单克隆抗体药物相比于小分子药物可以提供更好的特异性、给药频率和受限的中枢神经系统(CNS)穿透力，因此可以与靶点相互作用。此外，单克隆抗体在患者间的药代动力学差异较小，通过使用人源序列，从而去除潜在的T细胞表位，并选择适当的给药途径，可以降低免疫原性的风险。

单克隆抗体不仅具有理想的选择性、良好的亲和力和更高的血清半衰期，而且还具有其他由单克隆抗体特异性介导的功能作用。通过抗体依赖的细胞细胞毒性(ADCC)、补体依赖的细胞毒性(CDC)和抗体依赖的细胞吞噬作用(ADCP)参与细胞杀伤。单克隆抗体还可以包含多种形式，如抗体片段、双特异性和多特异性形式以及抗体-药物偶联物(ADC)。

单克隆抗体可能会以多种方式改变GPCRs信号，其中一些可能与小分子疗法的作用机制不同^[3]：

①　它们可以通过与受体上相同或重叠的位点(正构调节剂)或活性位点外的区域(变构调节剂)来阻断天然配体与受体的结合。

②　抗体可以在空间上阻止正位配体进入其结合位点。

③　抗体可以结合并稳定受体的失活状态，从而防止参与G蛋白或其他信号转导通路所需的构象改变。

④　在缺乏天然配体的情况下，抗体可以通过稳定受体的活跃信号状态来激活受体。

⑤　抗体可以稳定受体的激动剂结合状态，从而增加受体信号通过机制，如减缓激动剂与受体的分离。

⑥　抗体可能导致受体内在化，从而减少信号传递。

⑦　二价抗体可通过促进二聚作用改变GPCR信号通路。

  最后，生物制剂（单克隆抗体占比很大）的总体损耗率低于小分子药物，且有着更高的转移速率和研发成功率，据FDA资料显示，抗体药物的研发成功率约为20%，其中人源化单抗成功率最高，为27%。

 

四、GPCR抗体药物开发现状

尽管单克隆抗体产品在治疗多种疾病方面取得了临床和市场上的成功，但是含有7个跨膜α-螺旋的GPCRs在异源表达系统中通常表达水平很低。因此，很难将具有天然构象的抗原纯化为可溶性形式。此外，在整个GPCRs结构中，GPCRs胞外区域的表面积有限，使得制备GPCRs抗原作为治疗性抗GPCRs抗体的靶点非常困难。

目前只有两种抗GPCRs治疗性抗体药物，分别是安进公司的针对降钙素基因相关肽受体（Calcitonin Gene-Related Peptide，CGRP）治疗偏头痛的Erenumab(商品名：Aimovg)和Kyowa Hakko Kirin公司研发的人源化CC趋化因子受体4（CC chemikon receptor 4, CCR4）单克隆抗体Mogamulizumab(商品名：Poteligeo)。 
                                                         

图3 Erenumab和Mogamulizumab^[4]

Erenumab是一种靶向CGRP的全人源IgG2单克隆抗体，这种单克隆抗体是一种与CGRP配体直接竞争的拮抗剂，CGRP配体是一种小的神经肽，在慢性疼痛和偏头痛的情况下具有强大的血管扩张作用，CGRP配体在受体上有广泛的结合表位，因此，抗体更适合破坏这种相互作用。在III期临床试验中，每月一次使用70毫克和140毫克Erenumab治疗至少6个月的患者偏头痛的天数分别减少了43.3%和50%。这些疗效结果使该抗体成为2018年5月美国FDA和2018年7月欧洲药品管理局(EMA)批准的首个抗GPCR抗体。

Mogamulizumab是一种人源化单克隆抗体，靶向趋化因子受体4 (CCR4)，具有糖工程化Fc区，可增强抗体依赖性细胞细胞毒性(ADCC)，用于清除成人T细胞白血病(ATL)。CCR4蛋白在ATL患者FOXP3+调节性T (Treg)细胞表面过表达，参与逃避对肿瘤的免疫监视。为了分离抗CCR4抗体，将细胞外部分N端肽融合为载体蛋白（Keyhole Limpet Hemocyanin ，KLH)，注射到小鼠体内筛选抗原特异性抗体。候选抗体人源化后，通过乙二醇工程将Fc的N-链聚糖解离，增强FcγIIIa结合和自然杀伤(NK)细胞介导的ADCC活性。最终的Mogamulizumab (KW-0761)在临床试验中治疗的50% ATL患者中显示出显著疗效，并且2012年在日本和2019年在美国成功商业化，用于蕈样真菌病(MF)和塞泽里综合征(SS)的治疗，除此之外还有数十种抗GPCR抗体正在临床开发或等待临床疗效和毒性评价(表1)。

表1 美国FDA批准的抗GPCR抗体药物或临床试验^[4]

截至2016年，FDA批准的药物有1286种，其中460种(36%)针对GPCRs(图4A)。目前，大多数药物靶向A类GPCRs(94%)，其次是B类(4%)，C类和F类(2%)。目前使用的药物最常见的靶向受体是HRH1、DRD2、ACM1和ADA1A。每一种受体占GPCR药物总靶点的5%或以上(图4B)。从疾病适应症来看（图4B），抗高血压、抗过敏、止痛剂和精神分裂症药物是最常见的治疗方法。

 图4 1942年至2016年FDA批准的GPCRs靶向药物统计^[5] 

  截止至2017年，至少有针对37个GPCRs靶点的74个项目进入公共领域（图5）。且已有4个项目处于临床III期研究中，另外还有39个项目总体处于临床开发中，这样的临床发展速度是非常惊人的。

图5 2017年GPCRs靶向抗体临床开发状况^[3]

  晶蛋生物总结：随着科学技术的进步和生物学的深入研究，GPCRs作为重要的治疗靶点正逐渐被承认，过去十年中，GPCRs抗体药物所取得的进展是前所未有的，目前也有许多针对GPCR治疗性抗体的研发管线和临床试验正在不断扩大中，同时十四五计划中也提出GPCR抗体药物将会被重点发展，这将会为GPCR抗体药物开辟更多的应用空间和治疗方法。那么如何保证GPCR蛋白靶点的高质量以及助力研发GPCR抗体药物的有效性成为药物研发的关键，晶蛋生物蛋白现货供应，GPCR蛋白、离子通道蛋白，COVID-19蛋白、定制化服务蛋白等，高纯度、高活性，可定制，无需等待！

 

参考文献或来源

1. A review of antibody-based therapeutics targeting G protein-coupled receptors: an update. Catherine J Hutchings. Expert Opin Biol Ther. 2020 Aug;20(8):925-935;

2. www.creative-biolabs.com;

3. Opportunities for therapeutic antibodies directed at G-proteincoupled receptors.Catherine J. Hutchings,Markus Koglin,William C. Olson,Fiona H. Marshall. Expert Opin Drug Discov. 2020 Nov;15(11);

4. Antigen Design for Successful Isolation of Highly Challenging Therapeutic Anti-GPCR Antibodies.Int J Mol Sci.Man-Seok Ju, Sang Taek Jung 2020 Nov 3;21(21)

5. New Binding Sites, New Opportunities for GPCR Drug Discovery.H.C. Stephen Chan,Yi Li,Thamani Dahoun,Horst Vogel,Shuguang Yuan.Trends Biochem Sci. 2019 Apr;44(4);