摘要：G 蛋白偶联受体 （ GPCRs ） 调节哺乳动物几乎每一个生理过程，是超过 30% 药物的靶点。 GPCR 的别构调节剂因其独特的药理优势备受关注，因为它们能够保持内源性配体的信号转导特性，减少副作用，拓宽信号转导的范围，甚至恢复致病性突变受体的功能。然而，
G 蛋白偶联受体 （ GPCRs ） 调节哺乳动物几乎每一个生理过程，是超过 30% 药物的靶点。 GPCR 的别构调节剂因其独特的药理优势备受关注，因为它们能够保持内源性配体的信号转导特性，减少副作用，拓宽信号转导的范围，甚至恢复致病性突变受体的功能。然而，针对 GPCRs 的变构调节剂开发 面临显著瓶颈， 迄今为止只有两个著名的 GPCR 变构调节剂进入临床，即靶向 M4 受体以治疗精神分裂症的 emraclidine ；以及靶向 NTSR1 以减轻成瘾的 SB I -553 。 而 开发用于治疗用途的 GPCR 变构调节剂的进展缓慢主要 因素 是缺乏系统的筛选和药理学表征方法，以及对变构调控分子机制的认知空白。
纳米抗体（ Nanobodies ）是一种新型的抗体形式，具有独特的结构和广泛的应用前景。这些天然抗体仅由重链组成，大小仅为传统抗体的十分之一。粘附类 GPCR （ adhesion GPCR ， aGPCR ）作为第二大 GPCR 受体家族，至今没有靶向该类家族的 GPCR 的纳米抗体被发现。粘附类 GPCR 通过其 N 端结构域（ NTF ）介导的细胞 粘 附功能得名，其标志性特征为 具有 超长 NTF 结构域 。这一独特的结构特性，为发现 靶 向 aGPCRs 的 NTF 结构域的 别构 纳米 抗体类药物提供了理想筛选平台。粘附类 GPCR 结构复杂，功能多样，多数 aGPCRs 为孤儿受体，只有少数 aGPCR 的配体被鉴别出来。 研究团队中 冯世庆教授课题组主要聚焦于神经修复和再生的基础和临床研究 ，在神经再生与脊髓损伤修复领域， aGPCRs 扮演着重要角色。例如， GPR126 （ ADGRG6 ）对雪旺细胞髓鞘化至关重要，其突变可导致髓鞘形成障碍，而 GPR56 （ ADGRG1 ）则与胶质细胞迁移及中枢神经系统皮质层发育相关。由于传统 GPCR 的正交激动剂易引发非特异性作用或毒副反应，而 aGPCR 具备可调控 NTF 结构的天然特性，使其成为抗体类生物药开发的理想靶点。
孙金鹏教授团队与合作者 前期发现了多种类固醇激素的 GPCR 膜受体，比如发现了 雄激素 5α-DHT 的膜受体 GPR133/ADGRD1 （ Cell ， 2025 ） ， 糖皮质激素膜受体 GPR97 （ Nature ， 2021 ），青春激素脱氢表雄酮 DHEA 膜受体 ADGRG2 ( Nat Chem Biol ， 2 022 ）和孕酮膜受体 GPR126 （ PNAS ， 2 022 ）等， 揭示了 aGPCRs 是识别类固醇激素的 GPCR 亚家族 ，重塑了人们对类固醇激素作用机制的认知。 DHEA 作为一种内源性类固醇激素，具有抗炎、 抗疲劳 等多重生理功能，但其对 ADGRG2 的激活效价较低，显著限制了其治疗应用潜力。基于别构调节剂可通过稳定受体活性构象增强内源性配体效应的特性，开发靶向 ADGRG2 的别构纳米抗体以协同放大 DHEA 信号， 可能是一种可行且高效的方法 。
2025 年 5 月 15 日，孙金鹏教授团队联合山东大学第二医院冯世庆教授团队，山东大学基础医学院肖鹏团队和于晓教授团队，以及山东大学口腔医学院林慧博士后 在 Nature Chemical Biology 在线发表 论文 “
Development of an allosteric adhesion GPCR nanobody with therapeutic potential” 。研究以粘附类受体ADGRG2为对象，采用纳米抗体酵母展示、低温电子显微镜、交联质谱、分子动力学模拟和药理分析等技术，筛选出能结合ADGRG2远端胞外区并协同DHEA调控其功能的纳米抗体（图一）。该研究首次发现粘附类GPCR的别构纳米抗体，提出了粘附类GPCR别构纳米抗体筛选策略，揭示了其别构调节机制，为开发纳米抗体作为别构调节剂提供了模板图一研究总结图
研究 团队 运用纳米抗体酵母展示技术，通过磁珠筛选和流式分选得到与 ADGRG2-NTF 结构域的特异性结合的纳米抗体 Nb23 。并通过将纳米抗体 Nb23 串联，得到 亲和力更好的 Nb23-bi ，其与 ADGRG2 结合的 Kd 为 0.46 ± 0.05 μM 。 研究者还进一步发现 Nb23-bi 能够协同 DHEA 刺激 ADGRG2 诱导的下游 Gs 和 Gq 信号，使 DHEA 的效力大大提升（图二）。
图二 ADGRG2-NTF纳米抗体筛选和鉴定
为了探究 Nb23-bi 别构调控 DHEA 的分子机制，研究者 解析 了 Nb23-bi-DHEA-ADGRG2-Gs 复合物 的三维结构 ，发现在有 Nb23-bi 存在的情况下， DHEA 在 ADGRG2 正构口袋中的位置明显下移了 3.9 Å ，并且 DHEA 与 toggle switch 氨基酸的距离由 5.6 Å 缩短到 4.0 Å（图三）。
图三 Nb23-bi别构调控ADGRG2的分子机制
研究者进一步运用交联质谱 发现了 Nb 23 和 ADGRG 2 胞外 N 端的 Domain A 交联，然后运用 BRET-Based ligand binding 方法联合丙氨酸突 变 实 验 进行系列筛选 ， 确定 了 Nb23-bi 与 ADGRG2 胞外 N 端 结合的关键氨基酸 。最后 通过分子动力学模拟 发现 ， Nb23-bi 的 N 端结构域更靠近 ADGRG2 的 7 次跨膜 结构域，而 Nb23-bi 的 C 端结构域更靠近 ADGRG2 的 β1 区域 。 ADGRG2 胞外 N 端 Domain A 上 的 α1-β1 和 β3-β4 区域 与 Nb23-bi 的 C 端结构 域 的 CDR5 和 CDR6 相互作用，而 Domain A 的 β1-α2 区域 与 Nb23-bi 的 N 端结构 域的 β5-β6 区域 相互作用 ， 阐明了 Nb23-bi 与 ADGRG2 的结合模式。
接下来，研究者进一步评估了 Nb23-bi 的体内 功能调控 作用。转录组分析显示，在 LPS 诱导的小鼠睾丸炎模型中， DHEA 与 Nb23-bi 联用可显著下调炎症相关通路。 ELISA 检测进一步证实， DHEA 单独处理可降低睾丸局部炎症因子，而 Nb23-bi 能协同 DHEA 进一步降低睾丸中炎症因子水平。 既往 研究表明，在人体中 存在 四种 ADGRG2 错义突变 与先天性输精管 缺失 密切相关 。研究者发现 这四种 hADGRG2 突变体对其内源性配体 DHEA 的 响应变 弱， 但 在 Nb23-bi 存在的情况下， 这种 减弱效应有所减缓。同样地，将 ADGRG2 敲除鼠的睾丸中用慢病毒表达 hADGRG2 疾病相关突变， DHEA 的消炎效果减弱，给予 Nb23-bi 能够增强 DHEA 的消炎效果，炎症因子的表达有明显减弱。
北京大学基础医学院博士生郑媛，山东大学基础医学院博士生姜丹，山东大学基础医学院博士后陆燕， 山东大学基础医学院博士生 张超，山东大学高等医学研究院副研究员黄深明，北京大学第三医院副研究员林浩成，滨州医学院副教授张道来， 山东大学基础医学院已毕业博士生 郭盛超为本文的共同第一作者 。 冯世庆教授，孙金鹏教授，肖鹏教授 ， 林慧，于晓教授为本论文共同通讯作者。此外，本研究还得到了山东大学易凡教授，秦莹莹教授，杨帆教授和中南大学刘昭前教授的支持和帮助。
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来源：科学研习社
