劉 磊, 許嬋娟, 劉劍峰

(華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，主要通過(guò)作用于不同類(lèi)型的特異性細(xì)胞膜受體，發(fā)揮生理功能[1]。GABAB受體是代謝型GABA受體，屬于具有7次跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域的G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)超家族，其結(jié)合配體后，通過(guò)激活受體下游特異性異源三聚體G蛋白，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳導(dǎo)。GABAB受體參與調(diào)控了多種重要生理和病理過(guò)程，是多種疾病的潛在治療靶標(biāo)。近年來(lái)，GPCRs變構(gòu)調(diào)節(jié)劑在高度選擇性配體研究領(lǐng)域，以及潛在治療性試劑開(kāi)發(fā)領(lǐng)域都表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。本文就GABAB受體相關(guān)變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的研究進(jìn)展及其應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1 GABAB受體

GABAB受體屬于C族GPCRs超家族，是由GABAB1亞基和GABAB2亞基組成的一種強(qiáng)制性異源二聚體，其中GABAB1亞基負(fù)責(zé)配體結(jié)合，GABAB2亞基則參與下游G蛋白的偶聯(lián)。同C族其他GPCRs類(lèi)似，每個(gè)GABAB受體亞基都由3個(gè)不同結(jié)構(gòu)域組成(Fig 1)：一個(gè)被稱為捕蠅夾結(jié)構(gòu)域(venus flytrap domain，VFT)的N端細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域，一個(gè)7次螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域(heptahelical domain，HD)和一個(gè)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)尾部結(jié)構(gòu)區(qū)域(C-tail domain)。受體細(xì)胞外區(qū)域始終是以異源二聚體構(gòu)型存在，其中GABAB1亞基VFT(GB1-VFT)負(fù)責(zé)配體結(jié)合，GABAB2亞基VFT(GB2-VFT)不結(jié)合任何配體分子，但其存在可以增強(qiáng)GB1-VFT同配體的親和力，并提高GABAB受體同G蛋白的偶聯(lián)效率。GABAB2亞基HD(GB2-HD)主要負(fù)責(zé)識(shí)別和激活下游的特異性異源三聚體Gi/Go蛋白。GABAB受體C末端可以跟多種蛋白相互作用，參與調(diào)控多種不同的信號(hào)通路和功能[2]。

Fig 1 Schematic of GABAB receptor

Functional GABABreceptor is an obligatory heterodimer consisting of GABAB1subunit and GABAB2subunit. Each subunit contains an extracellular domain called Venus flytrap domain (VFT), a heptahelical domain (HD) and a cytoplasmic C terminal domain (C-tail domain). VFT of GABAB1subunit (GB1-VFT) binds to the orthosteric ligands and HD of GABAB2subunit (GB2-HD) is responsible for downstream G protein coupling and interactions with allosteric modulators. The C-tail domain can interact with many proteins, involving in the regulation of various signaling pathways and functions.

GABAB受體配體分子主要可以分為正位配體和變構(gòu)調(diào)節(jié)劑兩大類(lèi)：正位配體結(jié)合于GABAB受體GB1-VFT結(jié)構(gòu)域中的正位位點(diǎn)，通過(guò)關(guān)閉或者打開(kāi)GB1-VFT，來(lái)激活或者抑制GABAB受體相關(guān)活性，它們(如激動(dòng)劑和競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑等)通常是天然配體GABA的衍生物；變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的作用位點(diǎn)在拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)上不同于正位配體的結(jié)合位點(diǎn)，位于GB2-HD結(jié)構(gòu)域中，它們可以誘導(dǎo)GABAB受體的構(gòu)象和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而影響正位激動(dòng)劑的效能和功效，對(duì)受體的相關(guān)功能起到變構(gòu)調(diào)控作用[3]。

GABAB受體在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的表達(dá)和分布十分廣泛，其功能紊亂與許多腦部疾病和行為疾病相關(guān)，如焦慮癥、抑郁、情緒障礙、癲癇、疼痛、藥物成癮等，是相關(guān)疾病治療的重要靶標(biāo)[4-5]。目前，針對(duì)該受體研發(fā)上市的唯一藥物是巴氯芬(baclofen)，它是GABAB受體的正位激動(dòng)劑，臨床上對(duì)肌肉痙攣、酒精依賴、胃食管反流病、癲癇、偏頭痛、疼痛等多種疾病表現(xiàn)出功效，但在生理使用過(guò)程中，巴氯芬會(huì)引起一些諸如鎮(zhèn)靜、肌肉松弛、體溫降低、藥物耐受等副作用[6]。隨著研究的深入，GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑逐步得到研究者的重視，它們既可以協(xié)同改善正位配體引起的GABAB受體相關(guān)活性，又表現(xiàn)出更好的受體選擇特異性。GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以為藥物開(kāi)發(fā)和疾病治療提供新的可能。

2 GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑及其應(yīng)用

GABAB受體的活性可以通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)劑來(lái)調(diào)節(jié)，根據(jù)這些變構(gòu)調(diào)節(jié)劑化合物對(duì)受體活性調(diào)控表現(xiàn)出來(lái)的不同特性，通?？梢园阉鼈兎譃閮纱箢?lèi)：正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑(positive allosteric modulator，PAM)和負(fù)向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑(negative allosteric modulator，NAM)。PAM可以增加正位配體(如GABA和巴氯芬)激活受體后所引起的相關(guān)效應(yīng)；與之相反，NAM則會(huì)降低正位配體誘導(dǎo)產(chǎn)生的效果。

2.1PAM目前，針對(duì)GABAB受體開(kāi)發(fā)得到的特異性變構(gòu)調(diào)節(jié)劑主要為PAM化合物，它們?cè)隗w外功能實(shí)驗(yàn)中特異性地增強(qiáng)正位激動(dòng)劑激活GABAB受體后所產(chǎn)生的相關(guān)信號(hào)和效應(yīng)，同時(shí)，在多種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭斜憩F(xiàn)出相關(guān)改善和治療效果。

2.1.1ADX71441/ADX71943 ADX71441和ADX71943是Addex制藥公司推出的新型口服GABAB受體特異性PAM化合物，其中ADX71441表現(xiàn)出良好的大腦滲透性，可以很好地穿過(guò)血腦屏障，ADX71943僅顯示出外周組織中的相關(guān)活性特點(diǎn)。體外藥理學(xué)活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明，它們可以特異性地識(shí)別GABAB受體，并增強(qiáng)正位激動(dòng)劑誘導(dǎo)產(chǎn)生的受體效應(yīng)，如ADX71943將GABA的LC50濃度效應(yīng)值提高到1.81倍；在[35S]GTPγS同GABAB受體的結(jié)合實(shí)驗(yàn)中，ADX71943將巴氯芬在LC50濃度條件下產(chǎn)生的效應(yīng)值增強(qiáng)了2.6倍多。在嚙齒類(lèi)動(dòng)物(如小鼠、大鼠、豚鼠)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，ADX71441/ADX71943對(duì)包括酒精依賴、疼痛、焦慮、肌肉痙攣在內(nèi)的多種疾病癥狀表現(xiàn)出治療效果，如ADX71441可以有效減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自發(fā)反應(yīng)性酒精自身給藥行為，并降低它們后續(xù)酒精尋覓行為的復(fù)發(fā)等；ADX71943對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)臟疼痛、急性疼痛和炎癥介導(dǎo)產(chǎn)生的外周組織持續(xù)性疼痛表現(xiàn)出較好的鎮(zhèn)痛效果[6-9]。從2010年開(kāi)始，Addex制藥公司開(kāi)始嘗試在臨床試驗(yàn)中將ADX71943用于骨關(guān)節(jié)炎疼痛和慢性傷害性疼痛的相關(guān)治療，以開(kāi)展該藥物治療這類(lèi)疾病的測(cè)試工作。

2.1.2CGP7930 通過(guò)藥物篩選發(fā)現(xiàn)得到的CGP7930及其類(lèi)似物CGP13501，是針對(duì)GABAB受體合成的第一種PAM化合物。體外功能性實(shí)驗(yàn)研究表明，CGP7930可以特異性增強(qiáng)正位配體(如GABA)對(duì)腦細(xì)胞膜組分中的天然GABAB受體，以及外源重組表達(dá)系統(tǒng)中GABAB受體所引起的激活效應(yīng)。如在通過(guò)尸體解剖得到的人類(lèi)額葉皮質(zhì)制備的細(xì)胞膜組分當(dāng)中，10-4mol·L-1CGP7930將GABA激活引起的[35S]GTPγS結(jié)合實(shí)驗(yàn)的效力增強(qiáng)了4倍，并使相關(guān)最大響應(yīng)值增加了82.5%。在HEK293細(xì)胞膜組分中，10-10mol·L-1和10-9mol·L-1CGP7930分別將GABA的EC50濃度數(shù)值減少了70%和90%。此外，CGP7930還表現(xiàn)出一定的激動(dòng)劑效應(yīng)，單獨(dú)使用較高濃度的CGP7930可以直接激活HEK293細(xì)胞中表達(dá)的GABAB受體。在體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，CGP7930對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)的酒精依賴、焦慮、抑郁、鎮(zhèn)靜/催眠、精神病行為等表現(xiàn)出相關(guān)影響，如CGP7930可以抑制酒精成癮大鼠對(duì)酒精的自身給藥行為，減少實(shí)驗(yàn)大鼠經(jīng)由氯胺酮誘導(dǎo)的精神病相關(guān)行為等[10-12]。

2.1.3GS39783 GS39783于2003年被研究者合成，其具有很好的正向變構(gòu)調(diào)節(jié)效應(yīng)，在相關(guān)功能性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中，化合物GS39783有效提高了GABA在[35S]GTPγS結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的效率和功效，如在3×10-5mol·L-1GS39783存在時(shí)，GABA的EC50濃度數(shù)值被降低了近88%，而最大效應(yīng)值也增加了1.17倍。隨后，以GS39783為基礎(chǔ)，研究者又進(jìn)一步優(yōu)化得到了一系列新型GS39783類(lèi)似化合物，如毒性較低的NVP-BHF177等。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，GS39783對(duì)實(shí)驗(yàn)大鼠的鎮(zhèn)靜/催眠、焦慮、精神病、藥物依賴等都有影響，如GS39783可以減少實(shí)驗(yàn)大鼠對(duì)尼古丁的自身給藥行為等[13-14]。

2.1.4rac-BHFF rac-BHFF是GABAB受體的又一種典型PAM，其由Roche公司開(kāi)發(fā)。在功能實(shí)驗(yàn)中，rac-BHFF既可以增加GABA激活受體后引起的[35S]GTPγS同實(shí)驗(yàn)所用細(xì)胞膜組分相互結(jié)合的效率和功效，又可以增加海馬切片中巴氯芬所引起的電生理反應(yīng)的效力和功效。同CGP7930類(lèi)似，rac-BHFF自身也表現(xiàn)出一定的內(nèi)在激動(dòng)劑效應(yīng)。嚙齒類(lèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，rac-BHFF在神經(jīng)性疼痛、驚厥、酒精依賴/藥物成癮、鎮(zhèn)靜/催眠、焦慮、精神病等多個(gè)方面表現(xiàn)出療效，如rac-BHFF可以增強(qiáng)巴氯芬在神經(jīng)疼痛小鼠中產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用等[15-18]。

2.1.5其他PAM化合物 CMPPE是GABAB受體的另一種新型PAM，它可以增強(qiáng)GABA激活受體后引起的[35S]GTPγS同實(shí)驗(yàn)所用人源重組細(xì)胞系和大鼠大腦皮層細(xì)胞的細(xì)胞膜組分的結(jié)合。COR627和COR628是研究者鑒定得到的兩種新的噻吩衍生物，它們可以增強(qiáng)GABA和巴氯芬激活受體后引起的[35S]GTPγS同大鼠大腦皮層細(xì)胞膜組織的結(jié)合。在嚙齒動(dòng)物模型中，它們都可以增強(qiáng)巴氯芬誘導(dǎo)產(chǎn)生的鎮(zhèn)靜/催眠作用[17,19]。

2.2NAM目前為止，針對(duì)GABAB受體的特異性PAM化合物研究取得了一系列進(jìn)展，但可以對(duì)GABAB受體相關(guān)功能進(jìn)行特異性負(fù)向調(diào)控的NAM化合物研究非常有限。最近，本實(shí)驗(yàn)室首次成功合成得到GABAB受體的特異性NAM(CLH304a)：該化合物由CGP7930衍生而來(lái)，它既可以有效抑制正位激動(dòng)劑(如GABA)的相關(guān)效應(yīng)，又可以特異性抑制CGP7930所引起的下游信號(hào)；同時(shí)，特異性配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明，該化合物結(jié)合位點(diǎn)作用區(qū)域同樣位于GABAB受體GB2-HD結(jié)構(gòu)域中。此外，CLH304a不僅可以抑制由GABAB受體激動(dòng)劑所引起的受體激活效應(yīng)，還可以降低GABAB受體的本底活性，顯示出反向激動(dòng)劑的類(lèi)似性質(zhì)[20-21]。

3 GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)

目前，針對(duì)GABAB受體進(jìn)行配體開(kāi)發(fā)的研究工作大部分集中于該受體的正位配體(激動(dòng)劑或拮抗劑)，如目前唯一上市銷(xiāo)售的特異性激動(dòng)劑藥物巴氯芬。這類(lèi)配體分子結(jié)合在GABAB受體的正位結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)在同種類(lèi)型的GPCRs不同成員之間具有非常高的保守性，它們結(jié)構(gòu)上的相似性使得GABAB受體正位配體容易出現(xiàn)“交叉反應(yīng)”，導(dǎo)致出現(xiàn)不必要的藥物副作用。此外，激動(dòng)劑誘導(dǎo)產(chǎn)生的受體失敏等生理學(xué)過(guò)程也導(dǎo)致此類(lèi)藥物容易出現(xiàn)藥效短、耐受性差等問(wèn)題[22]。同正位配體相比，體外功能實(shí)驗(yàn)表明，GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑具有更好的受體選擇特異性，還可以表現(xiàn)出不同于激動(dòng)劑的獨(dú)立功能[3, 23]，并且通過(guò)特定藥物設(shè)計(jì)，還可以實(shí)現(xiàn)化合物有效通透血腦屏障或僅作用于外周系統(tǒng)的不同分布特性等[9]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也顯示，GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑可以在保持巴氯芬效應(yīng)的同時(shí)，減少不必要的副作用，表現(xiàn)出更好的耐藥性[16]。此外，GABAB受體的某些致病基因突變會(huì)導(dǎo)致受體出現(xiàn)較高的組成性活性[24]，具有反向激動(dòng)劑效應(yīng)的NAM化合物CLH304a可以作為降低這類(lèi)組成性活性的候選化合物之一。

4 小結(jié)

GABAB受體是多種疾病的潛在治療靶標(biāo)，而GABAB受體的變構(gòu)調(diào)節(jié)是受體直接激活過(guò)程的一種非常好的補(bǔ)充協(xié)同方式。同正位結(jié)合位點(diǎn)相比，GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的結(jié)合位點(diǎn)序列特征并不保守，針對(duì)這些非保守位點(diǎn)進(jìn)行篩選得到的化合物分子相對(duì)于傳統(tǒng)方法得到的配體分子具有更好的選擇性，同時(shí)也為后續(xù)篩選更加特異性的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑分子提供了優(yōu)化的可能。在多種動(dòng)物模型中，GABAB受體不同PAMs表現(xiàn)出對(duì)不同疾病的改善和治療效果。此外，這些化合物并沒(méi)有引起與正位配體類(lèi)藥物(如巴氯芬)類(lèi)似的頭暈、惡心、肌肉無(wú)力、精神錯(cuò)亂等副作用，且相對(duì)于正位激動(dòng)劑存在的藥物有效作用時(shí)間短、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)藥物產(chǎn)生快速耐受、有效治療窗窄等問(wèn)題，也不容易產(chǎn)生藥物耐受性。GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的這些活性特征使其成為比受體正位激動(dòng)劑更好的潛在藥物候選者。未來(lái)需要進(jìn)一步通過(guò)臨床試驗(yàn)，對(duì)GABAB受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑在藥物成癮、慢性疼痛、焦慮、癲癇等疾病治療中的應(yīng)用進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)GABAB受體和變構(gòu)調(diào)節(jié)劑相互作用精細(xì)機(jī)制及其功能多樣性分子基礎(chǔ)的深入研究，可以為設(shè)計(jì)新型PAM化合物提供幫助，并為臨床治療提供新的途徑與思路。