抗体药物的发展历程（9）-GPCR抗体药物
GPCR(G Protein-Coupled Receptor)，即G蛋白偶联受体，是哺乳动物基因组中最大的膜蛋白家族，广泛分布于中枢神经系统、免疫系统、心血管、视网膜等器官和组织，参与机体的发育和正常的功能行使。而如果与其相关的细胞内通路调节发生异常，或者外源病原物以之为受体攻击机体细胞，则会导致一系列疾病的发生。因此，GPCR被视为重要的药物开发靶点，GPCR抗体药物研发具有非常重要的价值。
GPCR简介
GPCR的主体由7段跨细胞质膜的α螺旋结构构成。N端和三个loop位于胞外，参与受体与其配体的相互作用；C端和3个loop位于胞内，其中C端和第3个loop在GPCR蛋白与下游G蛋白的相互作用从而介导胞内的信号传导过程中发挥重要的作用。特定的配体与GPCR结合，会引起G蛋白的活化，产生第二信使Ca2+或cAMP，将GPCR所接受的胞外信号向下游传递；但GPCR也可以介导不依赖G蛋白的信号传导，如通过与β-arrestin等分子相互作用调节下游通路。
针对GPCR超家族的成员，有多种不同的分类方法，比较流行的有两种：一是A-F分类系统，面向所有生物体内的GPCR蛋白；另一种是根据序列相似性和功能相似性，将GPCR分为Glutamate,Rhodopsin,Adhesion,Frizzled/Taste2,Secretin等5类（缩写为GRAFS），绝大部分人源GPCR可被归类其中。
Rhodopsin受体家族（ClassA）是GPCR超家族中最大的家族。对于大部分成员而言，其主要的结构特点是N端较短，它们的天然配体直接与跨膜区结合或者通过与胞外loop结构结合间接影响其构象。配体类型非常广泛，包括多肽、胺、嘌呤等。该家族可被进一步分为α、β、γ和δ亚类。α亚类的成员包含多种重要的胺类和小分子化合物的受体，包括组胺受体、多巴胺受体、大麻素受体等。β亚类包含多种多肽受体，如内皮素受体、催产素受体等。γ亚类中较受关注的一类受体是趋化因子受体家族，其他的成员包括一些趋化素受体、神经肽受体等。δ亚类包括一些糖蛋白受体和嗅觉相关的受体等。总体来讲，Rhodopsin受体家族成员比较复杂，很难基于结构、功能、表达分布等单一特点进行分类。
B类受体结构上的特点是具有较大的胞外区域。Secretin受体家族（ClassB）目前被发现有15个成员，均为多肽类激素受体，多肽与其胞外区域的多肽结合区域结合，从而激活受体;而Adhesion受体家族（ClassB）的大部分成员还未被发现有天然配体。
Glutamate受体家族（ClassC）包含8个促代谢的谷氨酸受体（GRMs）、2个GABA受体（GABABRs）、钙敏感受体（CASR）、甜味和鲜味味觉受体（TAS1R1-3）、GPRC6A和一些孤儿受体。绝大多数成员在其N端有内源配体的结合区域。
Frizzled/TAS2受体家族又可以细分为2个亚家族：一是the frizzled and smoothened receptors（ClassF），包含10个frizzled受体（FZD1-10）和1个smoothened受体（SMO），前者以Wnt糖蛋白为天然配体，后者的信号通路调节似乎是受体非依赖型的；二是thetaste2 receptors，主要是一些苦味味觉受体，另有一些目前依然是孤儿受体。
GPCR蛋白与疾病的关系
GPCR家族在人体内分布广泛，功能复杂，因此与多种疾病的发生和进展过程有所关联，或在其中扮演重要的角色。根据截止到目前的较为清楚的研究，GPCR涉及到的疾病主要分为3大类：癌症、炎症和心血管/代谢疾病。
GPCR与癌症:研究表明，GPCR家族的多种成员参与了各类癌症的发生和进展。激素受体类的GPCR参与了某些激素依赖的癌症。有些蛋白酶激活受体如PAR1，在MMP-1的催化下活化并激活下游信号通路，促进癌细胞的侵袭和恶化。有些趋化因子受体，如CXCR2、CXCR4，在骨髓瘤、淋巴瘤细胞中高表达，也可能高表达在如胰腺癌等实体瘤细胞上，参与细胞的迁移、血管生成等。
GPCR与炎症:趋化因子受体家族主要表达在免疫系统各类细胞上，参与免疫细胞的发育、迁移、生存、免疫功能的发挥等生理病理过程。其中，炎症反应就是由免疫细胞上的趋化因子受体受趋化因子激活后介导免疫细胞发挥宿主免疫功能而产生的一类病理现象。如CXCR1、CXCR2主要表达于中性粒细胞上，当机体某处发生感染或出现损伤时，中性粒细胞会在相应趋化因子（CXCL1、CXCL2、CXCL8）的趋化下向病灶迁移，到达病灶后释放炎症因子，从而产生局部的炎症反应。
GPCR与心血管/代谢疾病:与心血管疾病相关的GPCR成员主要分布于ClassA家族的α亚类，如人体最重要的神经体液调节系统之一，血管紧张素系统（RAAS）中的AT1R、AT2R以及Mas-R。AT1R受体激活引起血管收缩，细胞增殖迁移、炎症纤维化、心肌再塑和肥厚、钠水潴留和ROS生成等等；而Mas受体激活主导血管舒张、抑制细胞增殖迁移、抗炎症纤维化、抗凝、促EDRF、NO生成、抑制心肌肥厚和生长等等，两者具有相互拮抗的作用，共同维持人体的自稳态。
与代谢疾病相关的GPCR成员主要是分布于ClassA家族中的脂肪酸受体，比如GPR120、GPR41和GPR43等，以及ClassB家族中的Secretin受体家族，包括GLP-1R和GCGR等。食物营养成分在肠道中可被分解产生游离脂肪酸，游离脂肪酸除了被吸收氧化分解产生能量以供机体利用之外,还能通过结合脂肪酸受体激活信号通路,参与多种生理功能的调节,如维持能量平衡、代谢稳态、调节脂质形成与分解、监测菌群数量等。胰高血糖素样肽1（GLP-1）通过激活GLP-1R，提高胰岛β细胞的胰岛素分泌水平，从而控制血糖；同时它还使人产生饱腹感，减缓肠道蠕动，降低食物摄入。胰高血糖素（GCG）通过与其受体GCGR结合而被激活，增强肝糖原降解，并调节葡萄糖的从头合成途径，抵抗胰岛素的降血糖作用，从而升高血糖。在二型糖尿病患者中，高血糖的同时会伴随高胰高血糖素症。
除了这3类疾病主要的疾病之外，还有其他疾病被证明与GPCR相关，如：CCR5参与HIV向T细胞的入侵，是治疗艾滋病的一个重要靶点；如降钙素相关基因肽受体CGRPR和其配体CGRP表达于三叉神经元区域，两者的相互作用所激活的下游信号通路被证明与偏头痛相关。
GPCR抗体药物开发现状
目前认为，可以成为药物靶点的GPCR约为370个。针对GPCR靶点，抗体药物所起到作用主要是阻断胞外信号对靶点的激活，调控由靶点介导的胞内信号传导。相对于小分子，抗体在体内的清除率更低，作用时间更长，相应的给药频率更低；并且在给定剂量下，抗体的血浆浓度的个体差异更小。
而针对GPCR的抗体药物治疗的特殊优势，可归纳为以下3个方面：
首先是抗体药物的独特成药性。抗体可以阻断GPCR与配体的结合，可以让GPCR内吞，使GPCR下游信号降低或终止。它还可以结合GPCR的特定表位，稳定GPCR活化时的特定构象，产生具有偏好性的生物学活性。
其次是抗体药物的选择性好。与受体之间保守度低的位点结合的药物具有很好的特异性。例如，Secretin受体家族成员的胞外N端较长，而相近成员之间的序列差异主要集中在N端；而小分子结合的跨膜区域则相对保守。
再者是抗体药物的体内分布。许多GPCR在外周和中枢神经系统均有表达，而抗体药物由于血脑屏障的阻隔，进入中枢神经系统穿透能力受到限制，因此对于在外周和中枢神经系统均有表达的GPCR，若只需针对外周的部分设计药物，则可以开发治疗性抗体，使药物主要分布在外周区域，降低对中枢神经系统的毒副作用。
Mogamulizumab
Mogamulizumab是第一个获批上市靶向GPCR的单抗类药物。Mogamulizumab由日本协和发酵麒麟株式会社(Kyowa Hakko Kirin)研发，于2012年3月30日获得日本PMDA批准上市并在日本市场销售，商品名为Poteligeo®。Mogamulizumab是一种靶向于CC趋化因子受体4(CCR4)的人源化单克隆抗体，CCR4则是表达于调节T细胞和辅助T细胞上的G蛋白偶联受体(GPCR)。该药批准的适应症为CCR4阳性成人T细胞白血病、CCR阳性外周T细胞淋巴瘤和CCR4阳性皮肤T细胞淋巴瘤。Poteligeo®是一种静脉滴注用溶液，每瓶共5mL含20mg Mogamulizumab。推荐剂量为每次1mg/kg，每周一次，共8次。
Erenumab/fremanezumab/galcanezumab
2018年对于GPCR的抗体药物是非常热闹的一年，连续有3个针对同一个GPCR靶点的药物获得FDA批准上市。诺华/安进的Erenumab是FDA批准的第一个预防性偏头痛治疗药物，2018年5月在美国获批上市，商品名为Aimovig；2018年9月梯瓦的Ajovy（fremanezumab）获FDA批准，紧接着在同一个月份礼来的Emgality（galcanezumab）获批。上述三款药物都属于靶向CGRP或者其受体的单克隆抗体，其使用方式均是皮下注射，且均可由患者自身操作，但是三者注射频率却有差异，其中Aimovig和Emgality需要每月注射一次，而Ajovy却可以选择每月一次或者每季度一次。偏头痛领域从没有有效治疗手段一下子步入巨头竞争的状态。
除此之外，有多个药物正处于不同的研发阶段，部分列表如下：
可以看到，在研管线中，靶点类型和适应症类型均较为多样。国内开发GPCR抗体药物的主要有两家：
北京科信美德在研的REMD-477是针对胰高血糖素受体GCGR的抑制性抗体。通过抑制GCGR降低肝细胞上的胰高血糖素信号传导，进而抑制肝糖原降解和内源葡萄糖的从头合成途径。目前，该项目针对糖尿病适应症正处于二期临床研究阶段。
鸿运华宁（杭州）生物医药有限公司在研的有两个GPCR抗体药物，分别针对3个适应症。GMA102注射液（Glutazumab）是鸿运华宁自主研发的超长效GLP-1受体激动剂，由靶向GLP-1受体的人源化抗体与GLP-1片段融合而成，临床适应症为2型糖尿病(GMA102)和肥胖症(GMA105)。在前期澳大利亚开展的Ⅰb/Ⅱa的临床实验中，显示出良好的降糖和减重效果，及明显优于现有同类产品的安全性和耐受性，有望成为新一代超长效降糖（2周甚至每月一次）和减重（1周甚至每月一次）治疗药物。鉴于前期良好的临床结果，目前GMA102已计划在国内直接开展Ⅲ期临床实验，该试验将作为GMA102全球上市申请的关键性临床试验。
GMA301注射液（Getagozumab）是鸿运华宁自主研发的全世界首个靶向内皮素受体（ETa）的单克隆抗体药物，临床适应症为肺动脉高压。2017年获得美国FDA罕见病药物（孤儿药）资格认定。在前期澳大利亚开展的Ⅰa期临床实验中，表现出优于现有ETa阻断性小分子药物的极其优越的安全性。目前，该药物已同时获得中美的临床实验许可，基于澳大利亚Ia期临床试验的良好结果，中国和美国药监机构同意该药省去健康人临床试验环节，直接开展针对肺动脉高压患者的Ib期临床试验。该药物突破了此领域没有生物抗体药物的治疗格局，从临床前食蟹猴动物试验结果显示，GMA301有望将肺动脉高压这一平均生存期不超过3年的、心血管领域的绝症转变成长期可控的慢性病。此外，由于儿童，尤其是幼儿，口服给药存在固有困难，而同类ETa抑制剂的小分子药物多是口服剂型，GMA301注射液具有先天的优势，此药物已于近期向FDA申请儿童孤儿药资格认定。除了这两个药物之外，鸿运华宁还有数个基于GPCR的Bibody的开发，处在早期发现和临床前研究的阶段。
作为一类重要的药物靶点分子，GPCR在药物开发领域吸引着越来越多的关注，特别是在单抗药物开发领域。越来越多的临床药物实验拓展至靶向GPCR的抗体药物中。人类对于GPCR在肿瘤学中生物性质的认识，特别是肿瘤免疫学方面，已经极大推进了该领域靶向治疗药物的研发。新一代蛋白药物开发策略的应用，如双特异性抗体及抗体偶联药物等，也推动了该领域的前进。以GPCR抗体为基础的双特异性抗体的开发，将为抗体药物的应用开辟一个崭新的领域。