分享一篇近期发表在JACS上的文章，题为Differential Responses of the GLP‐1 and GLP‐2 Receptors to N‐Terminal Modification of a Dual Agonist。文章的通讯作者是来自威斯康星大学的Samuel H. Gellman教授。

    基于G蛋白偶联受体（GPCRs）的信号转导是一个动态过程。激动剂在细胞外与受体表面接触，其信息通过受体构象的变化传递，再由细胞内接触受体表面的效应蛋白做出响应。一些研究表明，激动剂的构象动态性在受体激活过程中具有重要作用。例如，GLP-1R激动剂的N端是与受体跨膜结构域结合的关键区域。将此家族N端保守的Gly4替换为增强α螺旋结构的_L-Ala时，效力下降，而替换为有破坏螺旋倾向的_D-Ala，效力则类似，这表明，螺旋与非螺旋的构象切换对受体结合非常关键。

    在本文中，作者尝试将这一发现拓展至B1类GPCR家族中的其他受体。具体来说，以GLP-2及GLE（Glepaglutide，GLP-1R/GLP-2R双激动剂）为研究对象进行实验。使用这一双激动剂，就能够观察两种受体对同一激动剂变体的响应性。

图1. 替换Gly4的残基结构

    如图1所示，作者使用五种结构替换Gly4，分别是增强螺旋倾向的_L-Ala，(S,S)-ACPC（2-氨基环戊烷羰酸）。以及降低螺旋倾向的_D-Ala，(R,R)-ACPC，β-高甘氨酸。

图2. a. 评估受体结合能力的BRET体系设计

b. GLP-2变体对GLP-2R的结合与激活情况

    对于不同的激动剂变体，作者主要评估了受体结合能力以及激活能力两大方面。为评估受体结合能力，作者建立了BRET（生物发光共振能量转移）体系。如图2a所示，在受体细胞外结合域的N端融合荧光素酶（nLuc），当带有罗丹明（TMR）的激动剂与受体结合时，nLuc的能量将转移到TMR基团上而发光。未标记的激动剂作为竞争剂参与这一过程。激活能力则是通过HEK293细胞中cAMP的表达来反映。如图2bc所示，除ACPC外，不同GLP-2 Gly4变体的激动剂活性与结合能力较为相似，表明GLP-2R对激动剂N端附近螺旋倾向的变化容忍度较高，这与GLP-1R相反。

图3. GLE变体对GLP-1R及GLP-2R的受体结合与受体激活情况

    接下来，作者使用了双激动剂GLE的变体进行实验。如图3 bc所示，GLP-2R对Gly4变体的替代容忍度较高，即使是变化最为明显的ACPC修饰，EC₅₀也仅高出5倍左右，总功效降低一半。但GLP-1R激活情况对GLE变体则敏感得多，如图3d所示，仅有_D-Ala替换能产生可检测水平的cAMP。但在受体结合强度方面，GLE的变体均与GLE相当，甚至更佳，例如(S,S)-ACPC替换的变体，亲和力比GLE本身高出20倍。

    由于GLE的变体对GLP-1R的亲和力增加，激活能力显著降低；同时，它对GLP-2R结合与激活的趋势与GLE本身较为相似。因此，GLE变体极有希望实现GLP-1R拮抗剂/GLP-2R激动剂的双重效果。为此，作者将GLP-1R拮抗剂Ex(9-39)作为阳性对照，在不同GLE变体与细胞孵育后，加入GLP-1刺激细胞产生cAMP。如图6所示，(S,S)-ACPC替换的GLE变体与阳性对照几乎没有差别，表现出最佳的拮抗效果。

图4. GLE变体及GLP-1R拮抗剂对GLP-1R受体的抑制作用

    总结来看，本文中作者替换了GLP-2R激动剂多肽以及GLP-1R/GLP-2R双激动剂GLE中的N端保守Gly4，并探究了激动剂构象动态性在与受体相互作用中的变化。与GLP-1R的情况不同，GLP-2R对α螺旋倾向性的变化容忍度高。并且，GLE的变体之一表现出了GLP-1R拮抗剂/GLP-2R激动剂的双重效果。这种对于不同受体的选择性之前并未被探讨过，有希望应用于一些独特的临床场景中。

作者：ZRC  审校：SYM

DOI: 10.1021/jacs.3c01628

Link: https://doi.org/10.1021/jacs.3c01628