GTP释放选择性激动剂延长阿片类镇痛疗效的新机制

《Nature》：GTP release-selective agonists prolong opioid analgesic efficacy

本研究针对阿片类药物镇痛效果与呼吸抑制等副作用难以分离的临床难题，发现μ阿片受体（MOR）激动剂可通过双向调控G蛋白核苷酸交换功能（GTP结合与GTP释放）来影响信号转导。研究人员筛选出两种GTP释放偏好型激动剂muzepan1/2，实验证明其能显著增强吗啡/芬太尼的镇痛持续时间，且不加剧呼吸抑制效应。该研究为开发副作用更小的精准镇痛药物提供了新靶点。

　　

阿片类药物是临床上最常用的强效镇痛药，然而其严重的副作用——尤其是呼吸抑制和成瘾性——极大地限制了长期应用。传统观点认为，阿片类药物通过激活μ阿片受体（MOR），进而促使Gα_i/o蛋白释放GDP并结合GTP，从而启动下游镇痛信号通路。这一过程被视为单向的核苷酸交换反应。但近年来有迹象表明，GPCR可能还具有促进GTP从Gα蛋白上释放的逆向功能，只是其生理意义和药理应用价值一直未被阐明。

这项发表于《自然》杂志的研究，首次系统性地揭示了激动剂可选择性调控μ阿片受体的GTP释放功能，并且基于此发现了一类新型“GTP释放选择性激动剂”。这类激动剂能够有效延长传统阿片类药物的镇痛时长，同时规避其呼吸抑制副作用，为解决阿片类药物面临的重大临床困境提供了全新的思路。

为了探究GTP结合与GTP释放的双向调控机制，研究人员建立了一套成熟的³⁵S-GTPγS结合/释放实验体系。该技术的关键在于：首先在无钠条件下使受体构成性激活，让细胞膜或小鼠脊髓组织膜标本负载³⁵S-GTPγS；随后稀释体系并加入过量未标记的GTPγS，在含钠环境中检测激动剂诱导的GTP释放情况。通过对比同一激动剂在促进GTP结合与促进GTP释放两种功能上的效价（pEC₅₀）和效能（E_max），研究人员能够定量评估其“状态选择性”。此外，研究还综合运用了放射性配体结合实验、β- arrestin2招募实验、小鼠热板甩尾测痛实验、脉搏血氧饱和度与心率监测以及药物代谢动力学分析等多种技术方法，从分子、细胞到整体动物水平进行了全面验证。

GTP结合与释放是GPCR的固有双向功能

研究人员在表达MOR的CHO细胞膜上发现，经典激动剂DAMGO在促进GTP结合和GTP释放两方面表现出相似的效价。值得注意的是，这种双向交换功能并非MOR所独有，在κ阿片受体（KOR）、5-HT_1AR、M₂R和SST₂R等多个GPCR中均得到验证。这表明GTP结合与释放的循环可能是GPCR信号转导的一个普遍特征。

激动剂对GTP交换功能呈现状态选择性

利用多种具有不同药理特性的阿片类工具化合物进行筛选，研究人员发现大部分激动剂（如DAMGO、芬太尼）在GTP结合和释放方面的效价相当。然而，两种新化合物muzepan1和muzepan2表现出对GTP释放功能的显著偏好性，其促进释放的效价比促进结合高出近百倍。

GTP释放选择性在天然组织中得以保留

为了验证这一发现在生理环境下的相关性，研究在小鼠脊髓背角组织膜上重复了实验。在这个内源性表达MOR的复杂系统中，DAMGO促进GTP结合的能力强于促进释放，而muzepan1和muzepan2则依然表现出对GTP释放的显著偏好性和高效能，说明其药理特性在天然组织中依然稳定存在。

Muzepans显著增强并延长阿片类镇痛效果

在动物行为学实验中，低剂量（3 mg/kg）的muzepan1本身几乎不产生镇痛作用，但当与吗啡（12 mg/kg）合用时，却能显著增强并延长吗啡在热板和甩尾实验中的镇痛效果，且效果远超两者单用效应的简单叠加。类似地，muzepan1也能大幅延长芬太尼的镇痛持续时间。Muzepan2与吗啡联用也观察到类似的协同增效现象。

Muzepans不增强阿片类的呼吸与心脏副作用

最为关键的是，在监测小鼠动脉血氧饱和度和心率的实验中，低剂量的muzepan1（3 mg/kg）本身对呼吸和心率无影响，与芬太尼合用时，并未增强芬太尼引起的呼吸抑制和心动过缓。即使使用较高剂量的muzepan1（24 mg/kg，该剂量单用可产生轻度呼吸抑制）与芬太尼联用，也未见附加的副作用加剧效应。这表明muzepans在增效镇痛的同时，成功规避了加重主要副作用的风险。

本研究突破性地论证了GPCR的GEF功能具有双向性，并首次提出“GTP释放选择性”这一新的激动剂分类标准。研究发现，具有GTP释放选择性的激动剂（如muzepans）能够通过改变G蛋白循环的动力学，在延长阿片类药物镇痛疗效的同时，不加剧其呼吸抑制等致命副作用。这种作用机制可能与持续的G蛋白循环使受体- G蛋白复合物保持近距离，从而更有效地启动信号并可能空间阻碍β- arrestin等其它效应分子的募集有关。该研究不仅为理解GPCR信号转导提供了新的理论框架，更重要的是为开发“镇痛效果与副作用分离”的新一代阿片类药物开辟了全新的方向，对于解决当前阿片危机具有重大的临床转化价值。