蛋白偶联受体（G protein- coupled receptors, GPCRs）介导着机体内一系列信号过程，临床使用的药物中有三分之一的药物都是靶向这一受体，尽管多数都是小分子药物，但考虑到许多GPCR的天然内源性配体都是多肽（50个氨基酸以下），因此多肽类型的药物也可以作为GCPR通路异常疾病的治疗方向。
GPCRs可依据它们的结构相似性将其分为不同家族，其中最大的家族是A类(Rhodopsinlike，视紫红质样受体家族)，其次是B类（Secretin，分泌素受体家族），另外还有C类、卷曲类（Frizzled）和粘附类（Adhesion）。当前已发现的内源性多肽配体基本都是靶向A和B类GPCR，其中A类中已知64种GPCR可结合内源性多肽，在B类中的20种GPCR上发现了15种内源性多肽。这些内源性的多肽主要通过旁分泌或自分泌方式作用于细胞膜表面的GPCR发挥细胞间信使的功能，具有选择性高、亲和力高以及效力好等特点。基于这些优势，受胰岛素天然多肽的成功药用激励，研究人员开始了多肽药物的研发之路。但是，这些天然多肽存在半衰期短、会被快速降解和口服生物利用度低等缺点，因此，想要得到有效的多肽药，还需要进一步对天然内源多肽改造。
靶向GPCR的多肽类药物研发进展汇总
多肽药物是一种结构空间介于抗体和小分子之间的中型分子。FDA对多肽药物的定义是最多含有40个氨基酸残基（少数特例）的多肽，其中氨基酸包括但不限于基因编码的20种氨基酸。为了克服半衰期短的困难，研究人员发展了环化（Cyclization）、钉合（Stapling）、糖基化（Glycosylation）等多种新策略有效提高了多肽药物的药代动力学和口服生物利用度。此外，能够选择性激活GPCR下游信号通路的偏好肽（Biased peptide）也在多肽药物市场崭露头角（见“GPCR系统偏置信号的靶向作用机理”），其可在获得最佳的治疗效果同时能减少副作用或受体内化。随着晶体学技术的发展，当前已有超过27种多肽或蛋白结合的GPCR蛋白结构被报道，共计有65个配体-受体复合物，其中22个配体为多肽，其构效关系（Structure–activity relationship, SAR）和信号偏好构象的理解不断加深，推动了小分子药物中使用较多的基于结构药物设计策略在多肽药物合理设计的广泛应用。
一、已获批准使用的多肽药物
合成的内源多肽类似物
当前，被批准临床使用的多肽药物主要分两类：合成的内源多肽类似物和进一步修饰产生的多肽。内源多肽类似物是指通过化学方法或者重组技术合成的多肽，拥有与内源多肽一样的序列。内源多肽类似物药物通常具有高亲和力和高效力，但由于强极性使得它们的分布体积低，经静脉注射后的血浆半衰期值往往很低，因而主要分布在组织液而很少进入组织；而且这类药物与血浆蛋白的结合能力弱，很容易被肾脏消去或者被蛋白酶降解。尽管血浆半衰期短这一特点在多数情况下不是人们想要的性状，但在一些特殊情况下也是有好处的，比如说合成的血管紧张素类似物就是利用了其半衰期短这一特点，在感染性中风患者中保证提高其血压又不会有高血压的风险。
修饰多肽药物
a：拮抗剂 b：皮下注射后的半衰期 ND:无数据
在被批准的修饰多肽药物中，靶向A类GPCR有26种，包括20种激动剂和6种竞争性抑制剂。其中，大部分抑制剂的亲和力可以达到了比内源多肽还高的次纳摩尔级。B类GPCR受体有13种，都是激动剂，主要靶向三类受体家族，大部分仍只有一个小时左右的血浆半衰期，但其中也有些多肽药物通过与血浆蛋白高度亲和从而拥有很长的血浆半衰期。
近年获批临床用药带来的启示
(1) Abaloparatide作为首个人甲状旁腺激素相关蛋白的类似物，2017年被批用来治疗绝经后骨质疏松症，它与Teriparatide同样是作用于PTH1受体，但其结合能力比后者强两个数量级。Abaloparatide是与G蛋白相关受体的RG构象瞬时性结合，从而促进骨形成，而Teriparatide与另一种G0构象形成长效结合，反而会导致骨吸收。
(2) 在靶向GLP-1受体以治疗二型糖尿病的多肽激动剂方面，新出现的药物有两种策略，其一是通过在多肽上加自由的脂肪酸linker与血清蛋白非共价结合以减少肾脏排出，以此产生的第5代GLP-1激动剂索马鲁肽(Semaglutide)，显著提升半衰期到168h；其二是共价结合策略（共价到），以此产生的新药阿必鲁肽(Albiglutide)和度拉糖肽(Dulaglutide)。在第8号氨基酸位点附近，两者通过替换氨基酸的方法使它们避免了被水解。两种药都通过结合血浆蛋白延长了半衰期，从而提高了病人的顺从性。
(3) 普卡那肽(Plecanatide)是靶向鸟苷酸环化酶C的多肽药，口服给药并直接在胃肠道发挥功能，说明在肠道直接作用于靶标受体也是可行的，为将来针对肠道中大量的GPCR受体作为靶标进行药物开发提供了可参考案例。
(4) 多肽药也被用来治疗新的疾病或者产生了新的治疗手段。如肾上腺皮质激动剂布雷莫来肽(Bremelanotide)被用来治疗性唤起障碍症，而镥氧奥曲肽(Lutathera)成为了以多肽受体放射疗法来治疗的神经内分泌肿瘤的典范。
(5) Difelikefalin作为First-in-class K阿片受体(KOR)的选择性激动剂，现在被用于腹部手术后的镇痛剂，并且很少产生中枢神经系统的副作用，这些都得归功于该多肽相对于小分子药物缺乏对于跨血脑屏障的通透性，无法进入中枢神经系统。
二、正在进行临床实验的多肽药
目前有多种靶向GPCR的多肽药物正在进行临床Ⅱ期或者Ⅲ期试验，其中临床Ⅲ期中三种药都是潜在的“First-in-class”药物，BL-8040是CXC趋化因子受体4 (CXC- chemokine receptor 4, CXCR4)的第一个肽拮抗剂；Livoletide是第一个非酰化生长素（Unacylated ghrelin, UAG）类似物，目前正在评估其对Prader-Willi综合征的治疗；Setmelanotide是第一个潜在的MC 4受体激动剂。在临床Ⅱ期中，较为新颖的药要数EP-100，它由10肽GnRH和含18个氨基酸的阳离子裂解肽CLIP-71共同组成，由于癌细胞表面过表达GnRH1受体，EP-100可以结合到癌细胞表面，同时CLIP-71发挥了裂解癌细胞的作用。还有一些在临床Ⅱ、Ⅲ期后中断实验的药物，大多都是因为达不到预期效能而不是因为副作用而中断实验。
三、提高多肽设计的策略
改善效力、半衰期和药物服用方式
多肽药物近年来获得成功主要收益于在结合靶标的高效力、长的血浆半衰期、减少被酶代谢和肾排出上的改善。比如，对机体的天然多肽进行修饰可以提高的结合靶标效力；利用flip-flop动力学，可以让皮下注射的多肽药物缓慢吸收，缓慢持久的进入血液当中；可以通过化学修饰使得多肽更容易与血清蛋白或人IgG4-FC等更大的分子结合，从而提高多肽药物的血浆半衰期；还可使用非天然氨基酸替代能减少多肽药物被体内酶降解的可能性。另外，为了解决多肽药物很难被口服生物利用的问题，研究人员尝试使用跨膜强化剂来增强跨膜和提高口服生物利用度，靶向GLP-1受体的多肽药物开发过程就为我们提供了一个很好的例证。多肽药物的开发手段的丰富为我们提供了广泛途径来解决肽开发过程中的药代动力学挑战。
利用配体-受体的信号偏好
传统的药物-受体理论认为药物具有两种特性：亲和力(Affinity)和固有功效(Intrinsic efficacy)。亲和力是一种量化药物与靶标结合紧密程度的方法，并且对于每对“药物-受体”都是恒定的，从而形成了药物化学指导的构效关系研究以及像药物对受体的选择性等概念的应用。固有功效指的是药物对受体功能活性的影响，最初，药物分为激动剂（具有亲和力和功效的组合）或拮抗剂（具有亲和力但没有功效），这是过去几十年来药物开发的基础。但是，越来越多的证据表明，激动和拮抗的简单概念不能很好诠释“药物-受体”间的信号传递。受体具有一系列构象状态，基于其不同特征，产生了重要的新药理学概念，如基本活性（Constitutive activity，无激动剂条件受体自发的维持激活并维持下游信号传导通路的活性）和偏好信号（Biased signalling）。
GPCR受体与多种下游信号传导途径联系，配体通常与GPCR细胞外和跨膜结构域内的不同位置相互作用，这种与受体的亲和力可能仅影响这些途径中的一部分，即多肽配体具有信号偏好性。一般通过检查由β-arrestin和G蛋白与GPCR复合物结合而引起的两种主要信号通路的表达水平变化来确认多肽的信号偏好。多肽配体信号偏好预示着一种新的、更特异的多肽配体药物治疗策略，并且这种配体信号偏好已经被运用在一些GPCR受体的多肽配体药物开发中，如血管紧张素II和AT 1受体（抗高血压多肽TRV027），胃饥饿素受体（抗肥胖多肽wFw-isonipecotic acid）等。
利用结构研究得到的信息
当前已报道了62个GPCR的7个跨膜结构域的X射线晶体学或冷冻电镜结构，涵盖212个不同的GPCR-配体复合物和200个不同的配体，其中22个解析出来的复合物结构中含有多肽，包含了A类和B类GPCR，这些受体的肽复合结构为配体结合和功能活性的决定性结构因素提供了结构模板和详细的信息。A类GPCR的多肽配体通常与ECL2和ECL3顶部的一个极性或离子相互作用位点(该蛋白在跨膜区6 (TM6)和TM7之间的部分)结合，并与位于受体袋较深处不同位置、不同形状的亲脂区结合。多数B类GPCR配体是螺旋形的，螺旋配体与TM1，TM2和TM7之间区域中的一个位点具有亲脂性相互作用，这个位点在A类GPCR中较难接近，某些B类配体的特异性由极性相互作用网络确定，该极性相互作用网络可以与GPCR细胞外N末端结构域（ECD）和跨膜结构域形成不同的相对取向。另外还有149个B类GPCR的ECD结构已经被解析出来了，这些ECD -肽复合物在配体C端保守亲脂残基和相应受体ECD的疏水相互作用位点之间具有保守的疏水相互作用。随着结构生物学技术的进步，人们可以通过使用这些显微技术，逐步揭示受体不同激活状态和结构之间的关联信息，以此指导药物发现，尤其是进行信号偏好多肽药物的合理而非经验的设计（见“设计GPCR靶标的信号通路偏好性小分子”）。
三、总结与展望
迄今为止，几乎所有已批准用于临床的多肽药物都是完全激动剂的固有药效。这可能反映了发现临床候选药物的主要策略是基于对天然存在的肽序列进行结构修饰，而不是针对目标受体的高通量筛选。但是，利用结构晶体学推导出的与肽结合的GPCR的结构数量正在迅速增加，这将促使合理的、结构指导的多肽设计得以实现，从而选择性地区分和使用针对同一受体的两种内源多肽的作用。另外，利用噬菌体展示肽筛选技术在发现新型肽配体方面也很有效，如具有纳摩尔亲和力的B类VIP 2受体拮抗剂就是通过该方法得到的。为合成更有效的多肽药物，近二十年有两大趋势，一个是使用非天然肽和化学修饰改善物化性质，另一个是利用多肽使GPCR产生的信号通路的偏好性实现功能的选择。偏好配体能够选择性地激活产生有益临床效果的通路，避免副作用通路被激活，具有很大的潜力。除此之外纳米技术策略已被用来诱导可逆的多肽自组装以延长多肽在体内的生物活性，人们也正在尝试探索口服和鼻腔给药以减少注射、与脑渗透肽相接以实现跨血脑屏障等方法，未知配体的孤儿GPCR中也可能存在一批新的药物靶点。总体上，新GPCR多肽药物的发展继续呈现上行趋势。
参考文献
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