重大进展！沃臻生物已成功解析明星靶点CCR8和GPRC5D三维原子结构

展源 2023-08-01

跨膜蛋白在物质运输、信号转导和细胞间识别等多种生物功能中发挥重要作用。以跨膜蛋白为靶点的创新药研发一直是医药领域的研究热点，占现阶段己知药物靶点的60%以上。

其中，抗体药靶点的90%以上为跨膜蛋白。以人体内最大的膜蛋白家族GPCR为例，截至2018年，FDA批准的靶向GPCR的药物总计475种，占所有FDA批准药物的34%，市场销售总额的27%。与此同时，在约800个GPCR中，已成药靶点仅有134 个，占比不到17%。因此，靶向 GPCR药物的未来增长空间十分显著。

数据来源：《Trends in Biochemical Sciences》

GPCR与中枢神经系统疾病、慢性代谢疾病、心血管疾病、糖尿病和肥胖、癌症等众多疾病密切相关。现阶段的多数GPCR药物无法对受体信号通路进行精确调控，因此存在特异性低、毒副作用大的缺陷。

此外，GPCR药物开发还面临其他挑战。这包括：GPCR的相关病理机制不明确、GPCR测活技术难、药物开发的多目标优化及GPCR抗体开发困难等。GPCR属于七次跨膜蛋白，具有跨膜区疏水，膜外区亲水的特性。这些蛋白必须借助细胞膜的磷脂双分子层这一特殊环境来维持正确的构象和活性。除此以外，GPCR表达水平低，制备难度大。目前，大多数GPCR的结构未被解析。这阻碍了通过GPCR结构来设计和改善药物。沃臻生物就是国际上少数的、面对上述挑战的公司。

Part 01.

MegaR技术：无需GPCR处于激动状态，GPCR跨膜和膜外区域保持天然构象

“结构生物学对于膜蛋白的制备与纯化有很高要求；膜蛋白一旦脱离天然的膜环境，很容易失活或改变功能特点”。沃臻生物创始人廖博士表示。因此，“在膜蛋白的纯化过程中，首先需要选择适合的去垢剂使分离的膜蛋白保持天然构象和活性；除摸索合适的去垢剂外，有时候还需要合适的脂质分子来维持膜蛋白的天然构象和活性；因此很多膜蛋白的表达和纯化是科学与艺术的结合。”

迄今为止，多数的可成药GPCR的分子量在~37-50kD范围内；譬如A类家族的GPCR；这些小分子量GPCR不适合用冷冻电镜技术进行研究。通常的解决办法是利用激动剂让GPCR处于激动状态，通过与下游的G蛋白形成复合物增加分子量。但是，GPCR拮抗剂药物的开发超过了现有GPCR药物开发的45%以上。在这种情况下，无法通过冷冻电镜获得GPCR-G蛋白复合物结构，从而阻碍了相关的拮抗剂或者反向激动剂的开发。

沃臻生物最新发布的MegaR技术能够有效增大GPCR的分子量，且无需使GPCR处于激动状态，从而为GPCR-拮抗剂复合物或者GPCR-反向激动剂复合物的高分辨率冷冻电镜结构解析提供了基础。

另外，MegaR技术通过基因工程技术在GPCR上融合长度仅为30个氨基酸的标签，最大限度地降低了融合标签对GPCR天然构象的影响。“融合标签不会与GPCR的跨膜螺旋形成刚性结构，保证了改造后的GPCR蛋白跨膜螺旋和膜外结构域的天然折叠”。

经MegaR技术改造后形成的GPCR融合蛋白物能够在哺乳动物细胞中高效表达，且在纯化过程中不容易降解，不用对GPCR的纯化条件和电镜制样条件进行大量优化，从而大大降低了样品制备的成本。凭借MegaR技术，沃臻生物在国际上，率先解析了新兴药物靶点CCR8和GPRC5D的结构。

Part 02.

CCR8和GPRC5D的电镜结构助力相关药物研发的突破性进展

在肿瘤调节性T细胞(Treg)中观察到高度富集和特异性的CCR8表达。通过靶向CCR8，去除Treg细胞被认为是增强肿瘤微环境中免疫细胞杀伤力的有希望的策略。目前，许多生物技术公司和药企正在开发靶向CCR8的抗体药物。中国的头部药企与国际头部药企基本处于并驾齐驱的状态，是中国的生物医药有机会打造世界级的“First-in-Class”药物的绝佳时机。

多个渠道的信息显示，很多药企对于CCR8的结构孜孜以求。CCR8电镜结构有希望助力中国药企在靶向CCR8的抗体、甚至小分子药物开发中占据先机。但是，CCR8的小尺寸和表达难题阻碍了这些机构获得其三维结构。

GPRC5D属于孤儿受体，并正在成为治疗多发性骨髓瘤的新兴热门靶点；目前，已有双抗、ADC、CAR-T细胞、CAR-NK细胞等多种治疗方式靶向GPRC5D，借助MegaR技术，沃臻生物获得了 CCR8在ligand-free状态下的冷冻电镜结构。