综述：从经验筛选到脂质巡游：A1和A3腺苷受体螺旋外变构调节剂的演变

《Medicinal Chemistry Research》：From empirical screening to lipid trolling: the evolution of extrahelical allosteric modulators of A1 and A3 adenosine receptors

本文全面回顾了腺苷A1和A3受体(GPCRs)正性变构调节剂(PAMs)的发现与优化历程。作者从早期的经验筛选药物PD81,723和LUF6000出发，揭示了其独特的螺旋外、脂质暴露的结合位点，并详细阐述了基于结构指导与“脂质巡游”策略的理性设计如何推动了新PAM的开发，为靶向GPCR超家族信号传导提供了一个可推广的框架，有望治疗慢性疼痛等疾病。

　　

在生命科学的浩瀚海洋中，G蛋白偶联受体(GPCR)家族如同一张精密的信息网络，调控着机体无数生理与病理过程。而腺苷受体(ARs)，作为这个家族的重要成员，与心血管功能、免疫反应和神经传递等息息相关。其中，A₁和A₃腺苷受体因其在抗炎、镇痛和心脏保护等方面的潜力，长期以来是药物研发的热点。然而，传统的正位激动剂常因副作用而折戟临床。于是，科学家们将目光投向了“变构调节”这一精妙的策略——不直接占据内源性配体（腺苷）的结合口袋，而是在受体蛋白的其他部位施加影响，像一位“分子调音师”，仅在腺苷水平升高（如组织缺血、炎症、慢性疼痛）时，精准地“放大”其生理信号，从而可能实现更高的时空选择性和更少的不良反应。

从经验筛选到结构洞察：A₁AR PAMs的发现之旅

这条探索之路始于三十多年前。1990年，科学家们从化合物库中筛选出了PD81,723，一个2-氨基-3-苯甲酰基噻吩衍生物，它被发现能增强G_i蛋白偶联的A₁腺苷受体的激动剂效应。随后的几十年，多個研究团队围绕这个骨架进行了大量的构效关系(SAR)研究，优化出了如T62、TRR469等一系列活性更强的PAMs，其中一些在神经病理性疼痛的动物模型中展现出良好的镇痛效果。然而，其作用机制一直如雾里看花，直到近年冷冻电镜(cryo-EM)技术的突破。结构解析揭示，这类PAMs并非结合在受体传统的跨膜螺旋束内部，而是锚定在一个意想不到的位置：跨膜区TM5和TM6之间的一个螺旋外、且暴露于细胞膜脂质环境的口袋中。这一发现颠覆了传统认知，也为其高脂溶性的化学特征提供了合理解释。基于此结构信息，最新的虚拟筛选和理性设计成功发现了活性更优的2-氨基噻唑类新型PAMs，它们在体内能选择性增强神经元A₁AR活性而不产生 unwanted 的心脏副作用。

A₃AR PAMs：从偶然发现到“脂质巡游”策略

几乎与A₁AR PAMs平行，另一条线索在A₃腺苷受体上展开。本世纪初，研究人员意外地发现，一个原本作为A₁AR拮抗剂设计的化合物库中，某些1H-咪唑并[4,5-c]喹啉-4-胺类衍生物，如DU124183，竟能选择性地增强A₃AR的激动剂效应。经过多轮结构优化，得到了原型化合物LUF6000。与A₁AR的伙伴类似，早期的SAR研究陷入了一个怪圈：任何试图引入亲水基团以改善水溶性的改造，都会导致PAM活性的丧失，化合物必须保持高度的疏水性。

转机来自于对其作用位点的探索。通过深入的突变分析、分子对接和分子动力学(MD)模拟，科学家们预测并验证了这类PAMs在A₃AR上的结合位点：它位于跨膜螺旋束之外，处于TM7、TM1的末端以及胞内螺旋H8的交界处，同样是一个完全暴露于脂质双分子层的“口袋”。这个位点与内源性腺苷的正位结合点相距甚远，解释了其高亚型选择性的原因。更关键的是，这一位点紧邻受体与G蛋白偶联的胞内区域，可能直接参与调控激活信号。

这一“脂质暴露”位点的确认，点亮了之前的迷雾，也催生了一个创新的设计策略——“脂质巡游”。既然化合物必须嵌入膜环境，何不主动利用它？研究团队设想，在PAM分子上连接一条末端带有阳离子（如氨基）的长脂肪链，这条“尾巴”可以像钓鱼一样，在磷脂双分子层中“巡游”，其末端的正电荷与细胞膜内叶富集的带负电的磷脂（如磷脂酰丝氨酸POPS）头基发生静电吸引，从而将PAM分子更稳固地“锚定”在受体附近的膜环境中。实验结果令人振奋：如MRS8247这样的“脂质巡游”型PAMs，不仅增强了激动剂的最大效能(E_max)，还显著提升了其效价(EC₅₀)，这是原型LUF6000所不具备的。优化后的化合物，其连接臂长度、末端阳离子的性质（伯胺、哌啶、胍基等）都经过了精细的筛选，确保了最佳的活性和理化性质。甚至，利用此策略还成功构建了光控的“笼锁”前药，实现了对A₃AR活性的时空调控。

变构调节的独特优势与功能偏向性

与正位激动剂相比，PAMs具有其固有的理论优势。它们依赖于内源性腺苷的局部浓度，因此在腺苷水平骤升的病理状态下（如缺血、炎症、慢性疼痛）作用更强，而在正常生理条件下影响甚微，这可能转化为更好的治疗窗口和安全性。A₁和A₃AR PAMs都显示出高度的受体亚型选择性，因为它们结合的是不同亚型间不保守的变构位点。

此外，变构调节还为实现“功能偏向性”信号传导提供了可能。这意味着PAM可以偏好性地增强受体某一条下游信号通路（如G蛋白激活），而相对弱化另一条（如β- arrestin募集）。研究证实，LUF6000能够差异性地增强腺苷对Gα_i3和Gα_oA亚型的激活，而对β-arrestin 2的募集增强效应不明显。这种信号通路的“偏见”，为设计更精准、副作用更少的新一代药物提供了新的维度。

结论与展望

综上所述，A₁和A₃腺苷受体的PAMs研发历程，完美演绎了从基于表型的经验筛选，到基于结构的理性设计，再到整合膜环境意识的“脂质感知”设计的进化三部曲。这些螺旋外、脂质暴露的口袋已被证明是A类GPCR中“可成药”的变构位点。通过 deliberately 利用膜环境来优化受体调节的“脂质巡游”策略，不仅成功应用于A₃AR，其原理也为靶向整个GPCR超家族及其他膜蛋白提供了通用性框架。这些强大的PAMs工具，不仅深化了我们对腺苷受体生物学的理解，也为开发治疗慢性疼痛、缺血性疾病等多种病症的新型疗法带来了充满希望的曙光。