基于黑寡妇蜘蛛α-拉托毒素与希拉毒蜥Exendin-4嵌合肽的GLP-1受体激动剂设计及其代谢调控机制研究

为解决代谢性疾病治疗中GPCR靶向药物设计的瓶颈问题，研究人员通过杂交黑寡妇蜘蛛α-拉托毒素(αLTX)与希拉毒蜥Exendin-4的序列基序，成功开发出新型嵌合肽BW-Ex-4。该肽能特异性激活GLP-1R（胰高血糖素样肽-1受体），在db/db肥胖糖尿病模型中显著抑制食欲、改善糖代谢并降低炎症因子水平，为代谢紊乱治疗提供了创新分子设计策略。

　　

代谢性疾病如肥胖和2型糖尿病的治疗面临巨大挑战，现有GLP-1R（胰高血糖素样肽-1受体）激动剂虽有效但存在局限性。近年来，通过嵌合肽技术设计多靶点药物成为研究热点，但如何利用自然界毒素蛋白的特殊结构开发新型GPCR（G蛋白偶联受体）调节剂仍待探索。美国纽约州立大学上州医科大学等机构的研究团队创新性地将黑寡妇蜘蛛α-拉托毒素(αLTX)与希拉毒蜥Exendin-4的活性序列杂交，构建出具有独特药理特性的嵌合肽BW-Ex-4，相关成果发表于《General and Comparative Endocrinology》。

研究采用FRET（荧光共振能量转移）报告基因检测cAMP水平、fura-2钙成像、离体胰岛灌流技术以及db/db小鼠模型等关键方法。人类胰岛样本来自NIH胰岛资源库，通过结构建模预测肽段与受体的相互作用机制。

3.1 靶向家族B GPCR的肽杂交策略
通过比对αLTX蛋白水解片段与GLP-1的序列相似性，设计出8种嵌合肽。其中BW-Ex-4将αLTX(990–1001)与Ex-4的N/C端基序融合，结构模拟显示其能同时结合GLP-1R的胞外域和跨膜区。

3.2 BW-GLP-1的GLP-1R激动特性
在表达人GLP-1R的HEK293细胞中，BW-GLP-1以EC₅₀ 16 nM激活cAMP信号，该效应可被拮抗剂Ex(9–39)阻断。在INS-1E胰岛β细胞中，BW-GLP-1不仅增强cAMP产生，还能促进人胰岛葡萄糖依赖性胰岛素分泌，并触发β细胞钙信号。

3.4-3.5 受体选择性验证
关键发现是BW-GLP-1/BW-Ex-4对GIPR（葡萄糖依赖性促胰岛素肽受体）、GcgR（胰高血糖素受体）和CRH1R（促肾上腺皮质激素释放激素受体）无激活作用。虽然αLTX天然受体CIRL1（钙离子非依赖性受体）在转染细胞中响应αLTX的钙信号，但嵌合肽未能激活该通路。

3.6 BW-Ex-4的体内代谢效应
在Lepr^db/db肥胖小鼠中，BW-Ex-4（17.7 μg/kg bid）治疗2周后：食物摄入量减少28%，体重增长抑制40%；空腹血糖降低56%，口服糖耐量显著改善；血浆IL-1β、IL-6和TNFα水平下降达65%。值得注意的是，这些效应在瘦型db/+小鼠中部分消失，提示其代谢调控具有肥胖状态依赖性。

结构建模揭示作用机制
分子对接显示，BW-Ex-4的αLTX(990–1001)片段通过疏水相互作用结合GLP-1R胞外域（如V¹⁹与L32/P90），而Ex-4衍生的N端与受体跨膜域形成氢键网络（如E³结合R190^2.53b）。这种双位点结合模式解释了其虽效价较低（EC₅₀ 334 nM）但仍保持完全激动活性的特性。

该研究开创性地将神经毒素结构域应用于代谢调节肽设计，证实αLTX可作为GPCR靶向药物的分子支架。BW-Ex-4展现的多重代谢改善作用，特别是其抗炎效应与血糖控制的协同作用，为开发"超越降糖"的新型抗糖尿病药物提供了思路。未来研究可进一步优化肽段结构以提高效价，并探索其对CIRL1等家族B₂受体的潜在调控作用。这项成果标志着天然毒素转化医学应用的重要进展，为代谢性疾病治疗策略开辟了新途径。