GLP-1R-Gs与不同激动剂的冷冻电镜结构的相关研究
胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体是一个经过验证的治疗代谢性疾病的药物目标。Ago-allosteric调节剂既能作为自身的激动剂，也能作为正交配体的功效增强剂发挥作用。然而，Ago-allosterism的分子细节仍然难以捉摸。
2021年6月18日，来自复旦大学王明伟、中科院上海药物所徐华强和浙江大学医学院张岩等研究团队在NatureCommunications上在线发表了题为“A pig BodyMap transcriptomereveals diverse tissue physiologies and evolutionary dynamics of transcription”的研究论文，报告了GLP-1R与前体调节剂、GLP-1和LY3502970（一种小分子激动剂）结合的三个低温电子显微镜结构。
作为最著名的B1类G蛋白偶联受体（GPCRs）之一，胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）是一个经过临床验证的治疗2型糖尿病和肥胖症的药物目标。尽管取得了治疗上的成功，但目前可用的GLP-1R激动剂并不理想，因为皮下注射造成的病人依从性差，还有一些副作用，如恶心和呕吐。
多年来，人们一直在追求GLP-1模拟药的口服，其中semaglutide是第一个也是唯一一个进入临床的模拟药，尽管它的生物利用度低，而且经常出现胃肠道不适。因此，开发口服活性小分子GLP-1R调节剂仍然是一个有吸引力的战略，并且有几个化合物已经进入临床试验。
在学术界和工业界的巨大兴趣的推动下，GPCR结构生物学的科学进展使16个GLP-1R结构被解析。2017年，报告了两个与负异生调节剂（NAMs）结合的非活性结构，一个与截断肽激动剂结合的中间结构，以及一个与GLP-1和异三聚体Gs复合的活性结构。随后又报道了8个与肽（GLP-1和exendin-P5）、非肽类激动剂（TT-OAD2、PF-06882961、CHU-128、RGT1383和LY3502970）和正向异生调节剂（PAM）LSN3160440复合的G蛋白结合结构，以及一个无肽apo状态和三个热稳定的跨膜域（TMD）结构。它们显示了多样化的构象，揭示了配体识别和GLP-1R激活的关键信息。结合功能、药理和计算数据，这些研究显示了小分子和肽类配体之间正交结合袋的不同位置和不同构象。
通过PAMs进行异体调控，与内源性配体的正位点不同的地方结合，并以非竞争性的方式增强激动剂的活性，这是一种多肽治疗的替代方法。以前的研究表明，GLP-1R的几种PAMs，如最有特色的亲电化学型化合物BETP和取代的喹喔啉化合物2（6,7-二氯-3-甲磺酰基-2-叔丁基氨基-喹喔啉），能够启动或促进受体的激活。
除了增加GLP-1的结合亲和力外，化合物2本身也起着激动剂的作用，因此被归类为GLP-1R的前体调节剂（前PAM）。具体来说，在没有正交配体的情况下，化合物2在cAMP反应中显示出强烈的部分激动作用（GLP-1的80% Emax），在pERK1/2中显示出弱的部分激动作用，并且没有检测到钙动员反应。由于较弱的β-arrestin招募（GLP-1的30-50% Emax），它还引起比GLP-1更少的GLP-1R内化。
作为一种PAM，化合物2引起GLP-1和oxyntomodulin的亲和力的浓度依赖性增加，并以探针依赖的方式诱导偏向性信号。此外，据报道，化合物2还能调节由小分子激动剂（包括Boc5、BMS21和TT15）引起的cAMP反应。虽然在结构和功能上是独特的，但由于其亲电性，该化合物的药代动力学特性较差，排除了潜在的临床开发。
有趣的是，BETP和化合物2的活性需要一个完整的细胞外结构域（ECD），尽管这种要求的基础仍然未知。这一明显的特征促使以化合物2为工具，在肽类和非肽类配体的背景下，研究其前胶体的结构基础。
在此，该研究报告了人类GLP-1R-Gs与化合物2单独、与化合物2和内源性肽类激动剂GLP-1、或与化合物2和小分子激动剂（LY3502970）复合时的高分辨率冷冻电子显微镜结构。本研究获得的结构信息为化合物2发挥前体作用的分子机制及其与药物发现的相关性提供了宝贵的见解。
