GABAB受體變構調節劑及其應用研究進展

劉 磊, 許嬋娟, 劉劍峰

(華中科技大學生命科學與技術學院，湖北 武漢 430074)

γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳動物中樞神經系統中主要的抑制性神經遞質，主要通過作用于不同類型的特異性細胞膜受體，發揮生理功能[1]。GABAB受體是代謝型GABA受體，屬于具有7次跨膜螺旋結構域的G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)超家族，其結合配體后，通過激活受體下游特異性異源三聚體G蛋白，實現信號傳導。GABAB受體參與調控了多種重要生理和病理過程，是多種疾病的潛在治療靶標。近年來，GPCRs變構調節劑在高度選擇性配體研究領域，以及潛在治療性試劑開發領域都表現出很好的應用前景。本文就GABAB受體相關變構調節劑的研究進展及其應用情況進行綜述。

1 GABAB受體

GABAB受體屬于C族GPCRs超家族，是由GABAB1亞基和GABAB2亞基組成的一種強制性異源二聚體，其中GABAB1亞基負責配體結合，GABAB2亞基則參與下游G蛋白的偶聯。同C族其他GPCRs類似，每個GABAB受體亞基都由3個不同結構域組成(Fig 1)：一個被稱為捕蠅夾結構域(venus flytrap domain，VFT)的N端細胞外結構域，一個7次螺旋跨膜結構域(heptahelical domain，HD)和一個細胞質內側尾部結構區域(C-tail domain)。受體細胞外區域始終是以異源二聚體構型存在，其中GABAB1亞基VFT(GB1-VFT)負責配體結合，GABAB2亞基VFT(GB2-VFT)不結合任何配體分子，但其存在可以增強GB1-VFT同配體的親和力，并提高GABAB受體同G蛋白的偶聯效率。GABAB2亞基HD(GB2-HD)主要負責識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，參與調控多種不同的信號通路和功能[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調節劑兩大類：正位配體結合于GABAB受體GB1-VFT結構域中的正位位點，通過關閉或者打開GB1-VFT，來激活或者抑制GABAB受體相關活性，它們(如激動劑和競爭性拮抗劑等)通常是天然配體GABA的衍生物；變構調節劑的作用位點在拓補結構上不同于正位配體的結合位點，位于GB2-HD結構域中，它們可以誘導GABAB受體的構象和結構發生變化，進而影響正位激動劑的效能和功效，對受體的相關功能起到變構調控作用[3]。

GABAB受體在哺乳動物體內的表達和分布十分廣泛，其功能紊亂與許多腦部疾病和行為疾病相關，如焦慮癥、抑郁、情緒障礙、癲癇、疼痛、藥物成癮等，是相關疾病治療的重要靶標[4-5]。目前，針對該受體研發上市的唯一藥物是巴氯芬(baclofen)，它是GABAB受體的正位激動劑，臨床上對肌肉痙攣、酒精依賴、胃食管反流病、癲癇、偏頭痛、疼痛等多種疾病表現出功效，但在生理使用過程中，巴氯芬會引起一些諸如鎮靜、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受體變構調節劑逐步得到研究者的重視，它們既可以協同改善正位配體引起的GABAB受體相關活性，又表現出更好的受體選擇特異性。GABAB受體變構調節劑可以為藥物開發和疾病治療提供新的可能。

2 GABAB受體變構調節劑及其應用

GABAB受體的活性可以通過變構調節劑來調節，根據這些變構調節劑化合物對受體活性調控表現出來的不同特性，通常可以把它們分為兩大類：正向變構調節劑(positive allosteric modulator，PAM)和負向變構調節劑(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效應；與之相反，NAM則會降低正位配體誘導產生的效果。

2.1PAM目前，針對GABAB受體開發得到的特異性變構調節劑主要為PAM化合物，它們在體外功能實驗中特異性地增強正位激動劑激活GABAB受體后所產生的相關信號和效應，同時，在多種動物實驗模型中表現出相關改善和治療效果。

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表現出良好的大腦滲透性，可以很好地穿過血腦屏障，ADX71943僅顯示出外周組織中的相關活性特點。體外藥理學活性檢測實驗表明，它們可以特異性地識別GABAB受體，并增強正位激動劑誘導產生的受體效應，如ADX71943將GABA的LC50濃度效應值提高到1.81倍；在[35S]GTPγS同GABAB受體的結合實驗中，ADX71943將巴氯芬在LC50濃度條件下產生的效應值增強了2.6倍多。在嚙齒類動物(如小鼠、大鼠、豚鼠)體內實驗中，ADX71441/ADX71943對包括酒精依賴、疼痛、焦慮、肌肉痙攣在內的多種疾病癥狀表現出治療效果，如ADX71441可以有效減輕實驗動物自發反應性酒精自身給藥行為，并降低它們后續酒精尋覓行為的復發等；ADX71943對實驗過程產生的內臟疼痛、急性疼痛和炎癥介導產生的外周組織持續性疼痛表現出較好的鎮痛效果[6-9]。從2010年開始，Addex制藥公司開始嘗試在臨床試驗中將ADX71943用于骨關節炎疼痛和慢性傷害性疼痛的相關治療，以開展該藥物治療這類疾病的測試工作。

2.1.2CGP7930 通過藥物篩選發現得到的CGP7930及其類似物CGP13501，是針對GABAB受體合成的第一種PAM化合物。體外功能性實驗研究表明，CGP7930可以特異性增強正位配體(如GABA)對腦細胞膜組分中的天然GABAB受體，以及外源重組表達系統中GABAB受體所引起的激活效應。如在通過尸體解剖得到的人類額葉皮質制備的細胞膜組分當中，10-4mol·L-1CGP7930將GABA激活引起的[35S]GTPγS結合實驗的效力增強了4倍，并使相關最大響應值增加了82.5%。在HEK293細胞膜組分中，10-10mol·L-1和10-9mol·L-1CGP7930分別將GABA的EC50濃度數值減少了70%和90%。此外，CGP7930還表現出一定的激動劑效應，單獨使用較高濃度的CGP7930可以直接激活HEK293細胞中表達的GABAB受體。在體內動物實驗中，CGP7930對實驗動物出現的酒精依賴、焦慮、抑郁、鎮靜/催眠、精神病行為等表現出相關影響，如CGP7930可以抑制酒精成癮大鼠對酒精的自身給藥行為，減少實驗大鼠經由氯胺酮誘導的精神病相關行為等[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調節效應，在相關功能性實驗檢測中，化合物GS39783有效提高了GABA在[35S]GTPγS結合實驗中的效率和功效，如在3×10-5mol·L-1GS39783存在時，GABA的EC50濃度數值被降低了近88%，而最大效應值也增加了1.17倍。隨后，以GS39783為基礎，研究者又進一步優化得到了一系列新型GS39783類似化合物，如毒性較低的NVP-BHF177等。動物實驗結果顯示，GS39783對實驗大鼠的鎮靜/催眠、焦慮、精神病、藥物依賴等都有影響，如GS39783可以減少實驗大鼠對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公司開發。在功能實驗中，rac-BHFF既可以增加GABA激活受體后引起的[35S]GTPγS同實驗所用細胞膜組分相互結合的效率和功效，又可以增加海馬切片中巴氯芬所引起的電生理反應的效力和功效。同CGP7930類似，rac-BHFF自身也表現出一定的內在激動劑效應。嚙齒類動物實驗結果顯示，rac-BHFF在神經性疼痛、驚厥、酒精依賴/藥物成癮、鎮靜/催眠、焦慮、精神病等多個方面表現出療效，如rac-BHFF可以增強巴氯芬在神經疼痛小鼠中產生的鎮痛作用等[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GABA激活受體后引起的[35S]GTPγS同實驗所用人源重組細胞系和大鼠大腦皮層細胞的細胞膜組分的結合。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GABA和巴氯芬激活受體后引起的[35S]GTPγS同大鼠大腦皮層細胞膜組織的結合。在嚙齒動物模型中，它們都可以增強巴氯芬誘導產生的鎮靜/催眠作用[17,19]。

2.2NAM目前為止，針對GABAB受體的特異性PAM化合物研究取得了一系列進展，但可以對GABAB受體相關功能進行特異性負向調控的NAM化合物研究非常有限。最近，本實驗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，它既可以有效抑制正位激動劑(如GABA)的相關效應，又可以特異性抑制CGP7930所引起的下游信號；同時，特異性配體結合實驗表明，該化合物結合位點作用區域同樣位于GABAB受體GB2-HD結構域中。此外，CLH304a不僅可以抑制由GABAB受體激動劑所引起的受體激活效應，還可以降低GABAB受體的本底活性，顯示出反向激動劑的類似性質[20-21]。

3 GABAB受體變構調節劑應用前景和優勢

目前，針對GABAB受體進行配體開發的研究工作大部分集中于該受體的正位配體(激動劑或拮抗劑)，如目前唯一上市銷售的特異性激動劑藥物巴氯芬。這類配體分子結合在GABAB受體的正位結合位點，這些位點在同種類型的GPCRs不同成員之間具有非常高的保守性，它們結構上的相似性使得GABAB受體正位配體容易出現“交叉反應”，導致出現不必要的藥物副作用。此外，激動劑誘導產生的受體失敏等生理學過程也導致此類藥物容易出現藥效短、耐受性差等問題[22]。同正位配體相比，體外功能實驗表明，GABAB受體變構調節劑具有更好的受體選擇特異性，還可以表現出不同于激動劑的獨立功能[3, 23]，并且通過特定藥物設計，還可以實現化合物有效通透血腦屏障或僅作用于外周系統的不同分布特性等[9]。動物實驗也顯示，GABAB受體變構調節劑可以在保持巴氯芬效應的同時，減少不必要的副作用，表現出更好的耐藥性[16]。此外，GABAB受體的某些致病基因突變會導致受體出現較高的組成性活性[24]，具有反向激動劑效應的NAM化合物CLH304a可以作為降低這類組成性活性的候選化合物之一。

4 小結

GABAB受體是多種疾病的潛在治療靶標，而GABAB受體的變構調節是受體直接激活過程的一種非常好的補充協同方式。同正位結合位點相比，GABAB受體變構調節劑的結合位點序列特征并不保守，針對這些非保守位點進行篩選得到的化合物分子相對于傳統方法得到的配體分子具有更好的選擇性，同時也為后續篩選更加特異性的變構調節劑分子提供了優化的可能。在多種動物模型中，GABAB受體不同PAMs表現出對不同疾病的改善和治療效果。此外，這些化合物并沒有引起與正位配體類藥物(如巴氯芬)類似的頭暈、惡心、肌肉無力、精神錯亂等副作用，且相對于正位激動劑存在的藥物有效作用時間短、實驗動物對藥物產生快速耐受、有效治療窗窄等問題，也不容易產生藥物耐受性。GABAB受體變構調節劑的這些活性特征使其成為比受體正位激動劑更好的潛在藥物候選者。未來需要進一步通過臨床試驗，對GABAB受體變構調節劑在藥物成癮、慢性疼痛、焦慮、癲癇等疾病治療中的應用進行檢驗。同時，對GABAB受體和變構調節劑相互作用精細機制及其功能多樣性分子基礎的深入研究，可以為設計新型PAM化合物提供幫助，并為臨床治療提供新的途徑與思路。