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药物靶点GPCR与疾病的关系  

2018-06-01 15:12:27|  分类: 蛋白表达与纯化 |  标签: |举报 |字号 订阅

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GPCR作为最大的药物靶标蛋白家族,一直是最重要的药物靶点,也是药理学研究的重要内容,与人类疾病关系密切。GPCR的主体由7段跨细胞质膜的α螺旋结构构成,构象很不稳定,具有“活泼好动”的个性,因此其蛋白表达纯化和结晶都非常困难。蛋白表达是指用模式生物如细菌、酵母、动物细胞或者植物细胞表达外源基因蛋白的一种分子生物学技术,美迪西提供蛋白表达服务。

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;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。

1、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。

(1)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。

(2)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,中心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。

(3)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Class A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Class A家族中的脂肪酸受体,比如GPR120、GPR41和GPR43等,以及Class B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。

2、以GPCR为靶点的抗体药物开发

GPCR作为抗体药物靶点的可行性

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。

抗体药物对于GPCR靶点的特点和优势 :

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:

(1)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。

(2)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。

(3)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。

 

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