综述：G蛋白偶联受体构象对信号偏置的影响：整合模拟与生物物理实验

这篇综述深入探讨了G蛋白偶联受体（GPCR）构象动态如何通过整合计算模拟与生物物理实验技术（如NMR、DEER、smFRET）驱动信号偏置（signaling bias），重点解析了μOR、AT1R等靶点的结构机制与药物设计策略，为开发精准靶向GPCR的偏向性配体（如TRV027、Oliceridine）提供理论框架。

　　

多因素驱动GPCR信号偏置的复杂性

G蛋白偶联受体（GPCR）作为最大的膜蛋白家族，通过G蛋白（如G_s/G_i）和β-抑制蛋白（β-arrestin）等多条通路转导信号。偏向性配体（如β₂AR激动剂carvedilol）可选择性激活特定路径，其机制与受体构象微调密切相关。例如，β-arrestin偏向性配体通过稳定TM7的NPxxY基序构象，促进EGFR反式激活，从而发挥抗纤维化作用。

GPCR激活的自由能景观

冷冻电镜结构揭示，TM6外移程度决定效应器选择性：G_s偶联需较大位移，而G_i/β-arrestin偶联时位移较小。保守的微开关（如CWxP^6.50、DRY^3.50）构象变化是偏置信号传递的关键。19F NMR显示，β-arrestin偏向配体carvedilol通过改变TM7化学位移，诱导独特的活性态构象。

正构结合位点部分占据引发信号偏置

血管紧张素受体AT₁R的肽类配体TRV027因F8残基缺失，仅浅层嵌入结合口袋，导致G_q信号减弱而偏向β-arrestin通路。分子动力学（MD）模拟发现，L112^3.36旋转会阻碍钠离子结合位点重构，该机制被用于设计β-arrestin偏向性更强的Ind8-AngII。μOR镇痛药Oliceridine则通过减少与TM6/TM7的接触，降低β-arrestin募集，验证了"TM3侧结合促G蛋白信号"的药效团模型。

双位点与变构调节型偏向配体

5-HT_2BR配体ergotamine通过萘甲酰亚胺基团占据ECL2变构位点，实现β-arrestin偏向激活。CB₁R变构调节剂ZCZ011结合TM2-TM4界面，稳定G_i偶联构象，而钠离子口袋靶向的μOR配体C6-guano则完全规避β-arrestin通路。值得注意的是，5-HT_2AR配体IHCH-7086通过结合延伸口袋（EBP）和部分占据正构位点，实现无致幻作用的抗抑郁效果。

生物物理技术解码构象动态

13C/19F NMR通过标记M245^5.49等残基，成功区分μOR配体的偏向特性。DEER光谱显示AT₁R的β-arrestin偏向态具有更狭窄的胞内裂隙。单分子荧光（smFRET）则捕捉到CXCR4与ACKR3激活速率的差异，后者因快速构象转换呈现更高基础活性。氢氘交换质谱（HDX-MS）进一步证实ICL2/ICL3的柔性变化是G蛋白偶联的分子标志。

分子模拟揭示偏置机制

增强采样算法如元动力学（MetaD）发现，A_2AR存在伪活性态（pAs），其R205^5.66-E228^6.30盐桥可同时兼容G_s和β-arrestin结合。自适应偏置MD显示，μOR配体fentanyl的N-烷基链长度直接影响M135^3.36接触强度，进而调控β-arrestin偏向性。粗粒化模拟则揭示胆固醇通过结合CRB1的W241^4.50位点，调控受体二聚化过程。

挑战与展望

尽管TRV027在心力衰竭临床试验中未达预期，但整合多尺度研究方法（如时间分辨冷冻电镜与深度学习辅助的MD）将持续推动GPCR偏向性药物的理性设计。未来需解决钠离子变构调节、脂质微环境作用等未解问题，并建立更精准的偏置量化模型。