來源：DrugAI

G蛋白偶聯受體（GPCRs）是規模最大的藥物靶點家族之一，反映了其在眾多病理生理過程中的關鍵作用。本綜述分析了GPCR超家族的藥物發現趨勢，涵蓋已獲得監管批準或正在臨床試驗階段的化合物、靶點及適應癥。研究發現，目前已有516種獲批藥物針對GPCR，占所有批準藥物的36%。這些藥物作用于121個GPCR靶點，約占所有非感官GPCR的三分之一。此外，針對133個GPCR（其中包括30個新靶點）的337種藥物正在臨床試驗中。其中，165種為已獲批藥物，正在探索新的適應癥，而新型藥物正越來越多地采用變構調節劑和生物制劑的形式。值得注意的是，針對GPCR的糖尿病與肥胖癥藥物在2023年的銷售額接近300億美元，且代謝性疾病、腫瘤學和免疫學領域的GPCR調節劑臨床試驗數量正在迅速增長。

引言

G蛋白偶聯受體（GPCR）超家族包含約800種膜蛋白，通過七螺旋跨膜結構域激活細胞內信號轉導途徑，主要與G蛋白和解偶聯蛋白（arrestins）相互作用。GPCR廣泛參與多種生理和病理過程，因而被廣泛用于各種治療領域。目前，超過30%的已批準藥物以GPCR為靶點。部分GPCR靶向藥物已被列入世界衛生組織（WHO）的基本藥物清單，并取得了極高的市場銷售額，例如用于糖尿病和肥胖癥的司美格魯肽（semaglutide）和替爾泊肽（tirzepatide）。

GPCR相關藥物開發的歷史可以追溯到19世紀，當時已開始研究生物堿（如嗎啡和匹魯卡品）在醫學上的應用。20世紀中葉，科學家發現腎上腺素的分子作用機制，進而提出了“腎上腺素受體”這一概念。在隨后的幾十年里，研究人員逐步解析了GPCR的信號轉導機制，并憑借這一領域的突破性發現獲得了諾貝爾獎。這些科學進展推動了首個β受體阻滯劑普萘洛爾（propranolol）和抗精神病藥氯丙嗪（chlorpromazine）等GPCR靶向藥物的開發。

在20世紀80至90年代，科學家發現配體不僅可以選擇性激活特定受體，還可以選擇性激活不同的細胞內信號轉導途徑，從而引入了“偏向性信號傳導”這一新概念。此外，研究表明配體可以結合于遠離經典配體結合位點的“變構位點”，這為設計更具選擇性且副作用更少的藥物提供了可能。

2000年和2007年，研究人員首次解析了GPCR的高分辨率X射線晶體結構（分別為牛視紫紅質和β2-腎上腺素受體），從而促進了基于結構的藥物設計。近年來，單克隆抗體（mAbs）等生物制劑也開始被用于GPCR靶向治療，并取得了突破，例如2018年FDA批準的抗CGRP單抗erenumab用于預防偏頭痛。

藥物與靶點概述

已批準藥物

目前，共鑒定出 516 種 GPCR 靶向藥物，這些藥物在北美（美國和加拿大）、歐洲、亞洲（日本、韓國和印度）及澳大利亞等地區上市。這些 GPCR 靶向藥物約占所有已批準藥物的 36%，略高于以往報道的 30-33%。

過去 5 年（自 2019 年以來），共新增 37 種 GPCR 靶向藥物獲批，其中 7 種為首次獲批的受體，包括胃抑制多肽受體（GIPR）、GPRC5D、C5A1、神經激肽 3 受體（NK3）、黑皮質素受體 3、4 和 5（MC3/4/5）。最新獲批的 GPCR 靶向藥物為 KarXT（Cobenfy），該藥物是由 xanomeline（一種選擇性 M1/M4 毒蕈堿受體激動劑）和 trospium（一種外周毒蕈堿受體拮抗劑）組成的聯合療法，是首個用于治療精神分裂癥的新型藥物。

臨床試驗中的候選藥物

通過分析 http://ClinicalTrials.gov 數據，識別出 337 種正在臨床試驗中的 GPCR 靶向化合物，其中 172 種為新藥物，165 種為再利用藥物。在這些新藥物中，51 種處于 I 期，76 種處于 II 期，45 種處于 III 期，因此預計未來幾年將有更多 GPCR 靶向藥物獲得批準。

臨床靶向 GPCRs 分布

目前，共有 121 種 GPCR 已被“藥物化”，即被已批準藥物靶向，約占所有 362 種非感官人類 GPCRs 的 33%。此外，正在臨床試驗中的藥物共靶向 133 種 GPCR，其中 30 種尚無已批準藥物。這些靶點中，51 種 GPCR 處于所有 4 個藥物開發階段（I-IV 期）。

總體而言，臨床靶向 GPCR 數量已增加至 151 種，占所有非感官 GPCRs 的 41%。

新型藥物和靶點進入臨床試驗

目前，121種GPCR已被藥物成功“靶向”，占所有362種非感官GPCR的33%。此外，133種GPCR目前正在臨床試驗中接受研究，其中30種尚無獲批藥物。

靶點選擇性

雖然多靶點活性對于精神分裂癥或肥胖癥等治療可能有益，但通常更傾向于單靶點選擇性以減少副作用。2017 年的分析發現，早期臨床階段的藥物通常比后續階段的更具選擇性，且多靶點藥物更容易被終止。本次分析進一步確認了這一趨勢——77% 的新藥物僅針對單個靶點，20% 針對兩個靶點，僅 3% 作用于三個或更多靶點。而再利用藥物的對應比例分別為 45%、18% 和 37%，與所有已獲批藥物（48%、20% 和 32%）相近。

針對同一家族中的單個亞型受體（如血清素受體家族的 12 個亞型）尤為困難。氨能受體類藥物的平均靶點數量更高（2.8 個）相比所有 GPCR 藥物（1.6 個）。但近年來，結構研究促進了更高選擇性配體的開發，例如 α1-腎上腺素受體、D2 受體、M3 受體和血清素受體。此外，2023 年，FDA 批準了第一款選擇性 5-HT1A 受體激動劑 gepirone 用于治療重度抑郁癥。

變構調節劑比例上升

從藥理作用方式來看，抑制劑類藥物的比例略有下降，而變構調節劑的占比在新藥中上升至 8%（相比所有獲批藥物僅 1%）。當前，已有 14 種變構調節劑進入 I-III 期臨床試驗，其中 4 種為聯合治療藥物，主要針對 A 類和 C 類 GPCRs。除一款 CB1 受體抗體（nimacimab）外，其余均為小分子化合物。

在 A 類 GPCRs 中，變構調節劑主要針對：

• 乙酰膽堿 M4 受體（精神分裂癥、阿爾茨海默病）
• CB1 受體（肥胖）
• 多巴胺 D1/D3 受體（癡呆癥、雙相抑郁）
• S1P1 受體（狼瘡、神經性疼痛、潰瘍性結腸炎）
• CXCR1/2 受體（1 型糖尿病、新冠、急性呼吸窘迫綜合征）

C 類 GPCRs 方面，代謝型谷氨酸受體 mGlu2/3/5 變構調節劑被用于抑郁、成癮、帕金森病、焦慮、疼痛和癲癇。此外，GABAB1/B2 受體變構調節劑正在 I 期試驗中，用于酒精使用障礙。

變構調節劑的優勢包括提高亞型選擇性、增強配體結合、調節藥效、信號偏向性等。例如，一種 μ 受體變構調節劑可增強納洛酮的解毒作用。然而，變構位點在物種間保守性較低，可能導致動物實驗與人體試驗結果不一致。GPCR 結構動態研究的進展正在揭示隱藏的變構口袋，為藥物設計提供新機會。

藥物重新定位與GPCR靶點再利用

藥物重新定位

藥再利用，即將已批準的藥物用于新的適應癥，有助于縮短藥物開發周期、降低成本和風險，因為可以利用現有的藥物特性知識（如安全性）。在針對 G 蛋白偶聯受體（GPCRs）的研究中，藥物再利用已成為一種高度成功的策略。60% 以上的 GPCR 相關藥物擁有多個適應癥，所有獲批 GPCR 相關藥物的平均適應癥數量為 2.5，而先前研究估計，所有獲批藥物中約 50% 具有額外適應癥。目前，516 種獲批 GPCR 靶向藥物中，有 165 種正在被測試用于新的適應癥，其中 4 種處于 I 期臨床試驗，51 種處于 II 期，110 種處于 III 期，平均每種藥物涉及 2.7 個新的適應癥。再利用研究最集中的疾病領域配對在附圖中以最粗的線條表示。值得注意的是，臨床試驗各階段的化合物中，幾乎一半（49%）都是再利用藥物，顯示出該策略在 GPCR 藥物開發中的重要性。

GPCR再靶向

在靶點層面，這 133 種 GPCRs 中，有 103 種（77%）已有獲批藥物靶向。這意味著，盡管針對已知靶點，但仍可能采用新的策略，例如改變作用方式、選擇變構調節劑或調整組織特異性。

獲批藥物主要靶向的前十位 GPCRs 均為氨能受體。這些受體的拮抗劑或激動劑正被探索用于新的適應癥。例如，多巴胺 D2 受體拮抗劑正在研究用于糖尿病視網膜病變、多發性硬化癥和垂體腺瘤。H1 受體拮抗劑也正在探索過敏相關疾病以外的適應癥，如氯馬斯汀富馬酸鹽被發現對多發性硬化癥有促進髓鞘再生的作用，而非索非那定正處于 I/II 期臨床試驗中，研究其對類風濕性關節炎的潛在作用。

一些 α-腎上腺素能受體靶向藥物也正在被重新利用。例如，α1 受體拮抗劑哌唑嗪早在 15 年前被提議用于治療 PTSD，而多沙唑嗪目前正在 II 期臨床試驗中研究其對 PTSD 患者睡眠改善的效果。同樣，特拉唑嗪正被研究用于帕金森病，以期提供神經保護作用。

針對 β2 受體的藥物也在探索新的適應癥，例如特布他林用于免疫性血小板減少癥，而普萘洛爾正被研究用于腫瘤聯合治療。此外，β1 受體拮抗劑塞利普洛爾正處于 III 期臨床試驗中，用于治療血管型埃勒斯-當洛綜合征。

針對 5-HT2A 受體的藥物正在多種疾病中進行研究，包括迷幻藥裸蓋菇素用于酒精使用障礙、非典型抗精神病藥物用于厭食癥，以及某些藥物用于譫妄和 PTSD。一種名為 CYB003 的去氫裸蓋菇素類似物在 II 期臨床試驗中表現出治療重度抑郁癥的潛力，并獲得了 FDA 突破性療法認定。

2024 年 9 月，FDA 批準 KarXT（Cobenfy）用于治療精神分裂癥，其作用機制涉及激活 M1/M4 乙酰膽堿受體，突顯了毒蕈堿乙酰膽堿受體在神經疾病治療中的重要性。M3 受體拮抗劑奧昔布寧目前正處于 II 期臨床試驗中，用于接受抗雄激素治療的女性。此外，東莨菪堿（scopolamine）正在研究作為雙相情感障礙抑郁癥狀的治療藥物。

適應癥領域

GPCR 靶向藥物廣泛用于多種疾病領域，涵蓋精神藥物（58 種藥物，35 個靶點）、眼科用藥（44/27）、全身性抗組胺藥（43/8）、鎮痛藥（42/28）、呼吸道疾病（38/21）、胃腸功能障礙（29/13）、心臟病治療（23/23）、泌尿系統用藥（21/20）、β 受體阻滯劑（20/10）、精神刺激藥（20/35）、垂體和下丘腦激素及類似物（20/13）等。GPCR 藥物的廣泛適應癥體現了其在藥物研發中的核心地位。臨床試驗中 GPCR 藥物的主要疾病領域包括循環系統疾病（86 種藥物）、神經系統疾病（72 種）、呼吸系統疾病（68 種）以及精神、行為和神經發育障礙（81 種）。適應癥最多的疾病包括高血壓（40 種藥物）、精神分裂癥（38 種）、疼痛（32 種）、哮喘（28 種）和過敏性鼻炎（27 種）。近年來，GPCR 藥物的適應癥重心有所轉變，糖尿病、便秘、免疫抑制劑和抗腫瘤藥物的研發顯著增長，反映出對 GPCR 在癌癥和代謝疾病中的作用認知提升。相較于已獲批藥物，目前 GPCR 臨床試驗集中于發育性疾病、肌肉骨骼和結締組織疾病、血液系統疾病、內分泌和代謝疾病、特定感染、腫瘤及 COVID-19，其中 50% 以上的候選藥物處于臨床試驗階段。此外，GLP-1 受體激動劑如司美格魯肽的成功促使該類藥物廣泛應用于代謝疾病，包括糖尿病、肥胖及帕金森病。近年來，免疫調節 GPCR 藥物增長較快，S1P 受體調節劑用于多發性硬化癥，而 C5a 受體拮抗劑 avacopan 成為首個用于抗中性粒細胞胞漿抗體（ANCA）相關血管炎的 GPCR 藥物。抗腫瘤 GPCR 研究主要集中于 SMO 受體（Hedgehog 信號通路）及 CCR4 受體（趨化因子受體），新型治療如 GPRC5D-CD3 雙特異性 T 細胞接合劑 talquetamab 在 2023 年獲批用于多發性骨髓瘤。此外，FPR2、LPA1/3、膽囊收縮素受體等 GPCR 在多種癌癥中表現出治療潛力。多個“首創”GPCR 藥物在近年獲批，如 2023 年批準的 NK3 受體拮抗劑 fezolinetant（治療更年期潮熱）、2024 年批準的 CXCR4 拮抗劑 mavorixafor（治療 WHIM 綜合征），以及 KarXT（M1/M4 受體激動劑，用于精神分裂癥）。此外，放射性配體療法（如 Lu-177 dotatate）正用于神經內分泌腫瘤治療，進一步擴展了 GPCR 藥物的應用前景。

未開發的靶點及偏向性信號傳導

GPCR 藥物研發依賴于多種信息來源，包括文獻數據、配體數據和結構數據。研究顯示，一些未被臨床試驗靶向的 GPCR 受體（如 CCR7、MCH1 受體、神經肽 S 受體）比部分已開發受體擁有更多的公開數據，這些靶點可能在癌癥、肥胖和帕金森病等領域具有開發潛力。此外，冷凍電鏡（cryo-EM）的進展大幅增加了 GPCR 結構數據的可用性，為未開發靶點（如膽囊收縮素受體 CCK1、自由脂肪酸受體 FFA4）的藥物設計提供了方向。開放數據庫（如 NIH 的 Illuminating the Druggable Genome 計劃和 Open Targets 平臺）正在整合這些數據，促進 GPCR 藥物發現和驗證。目前，約 50 種 GPCRs 與 84 種疾病相關聯，但尚未進入臨床試驗，其中涉及較多的是發育異常（26 種疾病）和內分泌、營養或代謝疾病（18 種）。一些 GPCR，如鈣敏感受體（CaS 受體）和促甲狀腺激素（TSH）受體，雖然已有批準藥物，但仍有多個潛在適應癥未被開發。此外，某些 GPCR 類別仍未進入臨床，如整個 B2 類粘附 GPCR 家族、10 個 F 類受體中的 9 個，以及大多數代謝型谷氨酸受體。粘附 GPCRs 由于其獨特的結構和信號機制，長期未被開發，但最新研究正在揭示其與癌癥和發育疾病的關聯。同樣，FZD 受體雖未進入臨床，但其在 WNT 信號通路中的作用使其成為癌癥、糖尿病和神經疾病的潛在靶點。此外，代謝型谷氨酸受體（mGlu）家族也被認為是神經精神疾病（如帕金森病、抑郁癥和精神分裂癥）的潛在靶點，但目前僅有 mGlu5 受體擁有已批準藥物，mGlu2 和 mGlu3 處于臨床試驗階段，而 mGlu1、mGlu6 和 mGlu7 仍未被開發，未來可能借助變構調節劑克服選擇性挑戰。偏向信號調節（Biased Signalling） 是 GPCR 研究的關鍵突破之一，可使配體選擇性激活有益信號路徑，同時避免副作用。多種 GPCR（如 β2 受體、阿片受體、A3 受體、AT1 受體、CB2 受體等）已被發現具有偏向信號通路，而部分已上市藥物（如 tirzepatide、atosiban、plerixafor）已展現出偏向信號特性。第一個基于偏向信號設計的獲批藥物是 μ-阿片受體配體 oliceridine，盡管后續研究表明其安全性優勢主要來源于較低的信號通路活性。此外，虛擬篩選已開始應用于偏向信號藥物的發現，例如 5-HT2A 受體和 α2A 受體的 G 蛋白偏向配體已被開發為潛在的抗抑郁或無鎮靜性鎮痛藥物。然而，偏向信號的臨床應用仍面臨挑戰，如體外實驗與臨床療效的轉化問題、不同細胞環境對偏向信號的影響等。為此，研究者建議采用原生組織和受體表達系統進行研究，并參考 Biased Signalling Atlas 等數據資源優化實驗設計。此外，GPCR 研究還揭示了更復雜的信號機制，如 RAMP-GPCR 相互作用、新型受體網絡、受體亞型特異性信號傳導、膜內受體信號分布等，未來可能需要結合新型生物傳感器（如 OneGo）在原生組織中解析 GPCR 活性，從而提升藥物研發的精準度。

結論與未來展望

本分析強調了 GPCR 作為藥物開發中最受關注的蛋白家族之一。鑒于 GPCR 相關藥物在臨床試驗中的廣泛應用、不斷擴展的適應癥領域以及尚未開發的疾病關聯，GPCR 預計將在未來繼續發揮重要作用。此外，近期企業合作的公布進一步加強了這一趨勢。與已獲批藥物相比，臨床試驗中 GPCR 靶向藥物的生物制劑比例已從 13% 增加至 29%，變構調節劑比例則從 1% 增加至 8%，這些新型作用機制將大幅推動下一代 GPCR 靶向藥物的開發。然而，未來許多 GPCR 相關療法可能仍來自于已批準藥物的新適應癥拓展，目前再利用藥物占臨床試驗各階段化合物的 48%。以往對已知藥物的無假設篩選在藥物重新定位方面效果有限，因此，未來可能更傾向于基于合理推測的策略，例如圍繞已觀察到的副作用進行重新優化，或基于 GPCR 在疾病中的新發現進行適應癥拓展。