二聚化肠促胰岛素GLP-1cpGLP-1的结构活性机制计算评估及其在2型糖尿病治疗中的创新潜力

本研究通过分子动力学模拟和结构建模，揭示了新型二聚化GLP-1受体激动剂GLP-1cpGLP-1与GLP-1R的相互作用机制，发现其通过N端单体保留经典激活作用，同时C端单体可能发挥正变构调节功能，为开发长效、低副作用的新型糖尿病药物提供了理论依据。

　　

在糖尿病治疗领域，胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体激动剂（GLP-1RAs）因其多重代谢调节作用成为研究热点。然而，内源性GLP-1易被二肽基肽酶-IV（DPP-IV）快速降解，现有长效化修饰方案可能伴随胃肠道副作用。针对这一临床挑战，Zamara Mariam等研究者聚焦于一种创新性二聚化类似物GLP-1cpGLP-1——该分子通过35个氨基酸的人C肽连接两个[Gly⁸]GLP-1单体，既规避了DPP-IV切割位点，又通过C肽实现白蛋白结合延长半衰期。

研究团队采用AlphaFold3结构预测结合微秒级分子动力学模拟（MDS），系统比较了GLP-1cpGLP-1与天然GLP-1结合GLP-1R的差异。结果显示，GLP-1cpGLP-1的N端单体（H7^1.GLP-1cp-R36^30.GLP-1cp）以连续α螺旋跨越受体跨膜区（TMD）和胞外域（ECD），维持了与关键残基如Arg190^2.60和"¹¹TFT¹³"基序的相互作用。特别值得注意的是，其C端单体通过动态重排与TM1-TM2界面结合，该位点恰好与已知正变构调节剂LSN3160440的作用位点重叠，提示可能存在"分子内正变构自调节"新机制。

技术方法上，研究主要依托：1）AlphaFold3预测GLP-1cpGLP-1与GLP-1R复合物构象；2）CHARMM36力场下的微秒级分子动力学模拟（3个体系各3μs）；3）接触网络与氢键占据率定量分析；4）MMPBSA结合自由能计算；5）与冷冻电镜结构（PDB 6X18）的比对验证。

【GLP-1cpGLP-1与GLP-1R跨膜区关键残基的相互作用】

通过比较RMSD（2.9±0.7 ? vs 3.6±0.8 ?）发现，虽然GLP-1cpGLP-1的N端单体构象稳定性略低于天然配体，但其与激活关键残基的接触占据率更高：如His7^1.GLP-1cp与Glu387^7.42的接触从79.1%提升至99.8%。MMPBSA计算显示两者结合能相当（-141.8 vs -163.0 kcal/mol），证实了二聚体的有效激活潜力。

【胞外域结合特性的动态变化】

尽管F28^22.GLP-1cp/I29^23.GLP-1cp/L32^26.GLP-1cp等ECD结合关键残基保持相互作用，但C肽的柔性导致ECD向外位移，使得C端残基G35/R36与受体结合减弱（如Arg36^30.GLP-1cp-Glu68^ECD氢键从91%降至45%），这可能是优化分子设计的重点区域。

【C端单体的变构调节潜能】

截取C端84-92片段（GCPG84-92）的独立模拟显示，其能以两种模式稳定结合TM1-TM2界面，其中Mode-2与LSN3160440的苯并咪唑基团共享Leu142^1.37/Tyr145^1.40结合位点，且Trp90与Ser206^ECL1接触频率达48.7%，这种"分子胶"特性可能增强受体信号传导。

这项发表于《Biochemical and Biophysical Research Communications》的研究，首次从结构动力学角度阐释了GLP-1cpGLP-1的双重作用机制：既通过N端单体实现经典激活，又可能通过C端单体产生变构增强效应。这种"一箭双雕"的设计策略，为开发兼具长效性和信号通路选择性的新一代抗糖尿病药物提供了新思路。研究者特别指出，未来可基于该发现设计C肽缩短/刚性化变体，或开发GLP-1(9-36)版本二聚体，以验证纯变构调节假说。这些发现不仅拓展了我们对GPCR变构机制的理解，也为肥胖等代谢性疾病的治疗开辟了创新路径。