本研究由Aikaterini Motso、Benjamin Pelcman、Anastasia Kalinovich等来自瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）、斯德哥尔摩大学（Stockholm University）、拉脱维亚有机合成研究所（Latvian Institute of Organic Synthesis）等机构的跨国团队合作完成，通讯作者为Volker M. Lauschke、Shane C. Wright和Tore Bengtsson。研究成果于2025年9月18日发表在期刊《Cell》（卷188，1-15页），标题为《GRK-biased adrenergic agonists for the treatment of type 2 diabetes and obesity》。
研究领域：本研究属于G蛋白偶联受体（GPCR）偏向性信号传导与代谢疾病治疗的交叉领域，聚焦于β2肾上腺素受体（β2AR）的GRK2（GPCR激酶2）偏向性激动剂开发。
研究动机：传统β2AR激动剂（如沙丁胺醇）通过Gs/cAMP（环磷酸腺苷）通路促进骨骼肌葡萄糖摄取，但会因心脏Gs信号过度激活导致心动过速、心肌肥大等副作用，且长期使用易因β-arrestin（β抑制蛋白）依赖的受体脱敏而失效。因此，开发选择性激活GRK2通路、规避Gs/cAMP和β-arrestin的激动剂具有重要临床意义。
目标：通过理性药物设计，开发一种GRK2偏向性β2AR激动剂，既能保留骨骼肌葡萄糖摄取功能，又避免心脏副作用和脱敏问题，为2型糖尿病和肥胖提供口服替代疗法。
方法：
- 虚拟筛选：以部分激动剂BRL-37344为模板，通过配体对接筛选出初始化合物巴马汀（bamethane），其表现出与异丙肾上腺素相当的葡萄糖摄取能力但cAMP生成极低。
- 结构优化：对巴马汀进行化学修饰，重点调整芳香环氢键供体/受体的位置，生成一系列衍生物（如化合物15、21、25、26）。
- 功能验证：在L6肌细胞中测定葡萄糖摄取（荧光标记2-NBDG法）和HEK293细胞中测定cAMP（ELISA），筛选出GRK2偏向性候选分子。
创新点：
- 采用“增强旁观者BRET（EB-BRET）”技术同时监测β2AR与15种信号分子（Gs、Gq、GRK2、β-arrestin等）的耦合效率，实现高通量信号谱分析。
- 通过AlphaFold2预测β2AR-GRK2复合物结构，指导关键残基（如Ser203/Ser207）的突变验证。
实验设计：
- 信号偏好性分析：通过K-means聚类将化合物分为5类，发现GRK2偏向性化合物（如化合物15）显著减少Gs和β-arrestin激活，且GRK2招募效率与葡萄糖摄取正相关（p=1.1×10⁻⁶）。
- 结构生物学验证：将平衡激动剂colterol改造为GRK2偏向性激动剂（化合物32），证实其失去与TM5结构域Ser203/Ser207的氢键结合能力，但保留与Asp113/Asn312的相互作用。
- 磷酸化组学：对骨骼肌组织进行质谱分析，发现化合物15通过mTORC2（雷帕霉素靶蛋白复合体2）激活TBX1（Rab GTP酶激活蛋白），促进GLUT4（葡萄糖转运蛋白4）膜转位。
动物模型：
- 糖尿病模型：饮食诱导肥胖（DIO）小鼠和Goto-Kakizaki（GK）大鼠中，化合物15（1 mg/kg口服）显著改善葡萄糖耐量，且无心脏重量增加或心肌病变。
- 肌肉萎缩干预：与GLP-1类似物利拉鲁肽联用时，化合物15可逆转后者导致的瘦体重流失。
临床试验（NCT05409924）：
- I期结果：48名健康志愿者和25名2型糖尿病患者中，化合物15（2.5 mg/天）口服生物利用度高（75%经肾排泄），半衰期10小时，未出现低血糖、电解质紊乱或心肌损伤。
科学意义：
- 首次阐明GRK2可作为独立于Gs和β-arrestin的β2AR信号传导介质，拓展了GPCR偏向性信号的理论框架。
- 提出“氢键网络破坏”是GRK2偏向性的结构基础，为其他GPCR靶点药物设计提供范式。
应用前景：
- 化合物15作为首个口服GRK2偏向性激动剂，可替代注射型GLP-1类似物，解决其肌肉流失副作用。
- 临床I期数据支持其安全性，已启动II期试验评估对胰岛素敏感性的长期影响。