IF=64.5丨Cell：山东第一医科大学等多个团队从TAAR1入手寻找精神分裂症的新疗法

研究团队首先系统地检测了多种内源性胺类物质及SEP-363856对人源TAAR1（hTAAR1）和小鼠TAAR1（mTAAR1）不同G蛋白亚型的激活情况，结果表明SEP-363856（简称SEP）和PEA能够激活m/hTAAR1的Gs信号通路，三甲胺（TMA）能够激活Gs、Gq、Gi三条信号通路，环己胺（CHA）激活Gq信号通路。有意思的是，研究发现在动物实验中，不仅SEP能够缓解MK-801诱导的精神分裂样症状，激活Gq信号通路的CHA也能够缓解该症状。在分别应用Taar1-/-小鼠和Gq抑制剂后，CHA对精神分裂的缓解作用明显减弱。这提示TAAR1介导的Gq信号通路在MK801诱导的精神分裂症中发挥有益作用，因此，开发靶向TAAR1的Gs/Gq双激动剂可能具有更好的应用效果。

图2. TAAR1不同G蛋白信号通路激动剂对精神分裂样症状的作用

基于以上在动物实验中的发现，研究团队解析了SEP-TAAR1-Gs、CHA-TAAR1-Gq、TMA-TAAR1-Gs、PEA-TAAR1-Gs等多个复合物的配体识别机制，发现了胺类识别的结合口袋（PARP）。在PARP内部，保守的D1023.32 TMA、CHA、PEA、SEP的氨基基团形成氢键形成氢键。Y2917.43与D1023.32共同稳定潜在的氢键网络。在口袋底部，W2616.48和F2646.51形成“双”拨动开关，从而诱导TAAR1激活。此外，与仅占据PARP的TMA相比，CHA、PEA和SEP激动剂中存在额外的环状结构，显示出第二结合口袋（SBP），结构分析和突变数据提示PARP和SBP均介导TAAR1的激活，揭示了TAAR1不同于嗅觉TAAR的配体结合域，同时也提示PARP和SBP是设计TAAR1高效力激动剂的潜在靶标。

图3. TAAR1的配体识别口袋

基于对TAAR1不同G蛋白信号转导机制的分析，研究团队进一步找到了激活Gs和Gq通路的关键氨基酸位点。与Gq选择性激动剂CHA相比，两种Gs选择性激动剂SEP和PEA与TAAR1的特定氨基酸之间形成了额外的相互作用，包括S1063.36、Y1534.56、P183ECL2和Y2917.43。因此，研究团队在后续小分子的筛选工作中，将S1063.36和Y2917.43作为Gs选择性激动剂的筛选位点，而I1033.33、F185ECL2和F2656.52作为Gs/Gq双效激动剂的关键筛选位点。与此同时，研究团队详细解释了Gs和Gq信号传递途径的差异，为后续双效激动剂的开发提供了有利信息。

图4. 基于结构开发TAAR1激动剂的流程图

基于上述鉴定出的TAAR1配体结合域以及偶联Gs和Gq通路的关键氨基酸，研究团队进行了小分子设计及化合物库的建立，设计了“区域接触划分”策略，通过虚拟筛选和细胞生化实验验证，研究团队得到了TAAR1的Gs偶联激动剂ZH8667、Gq偶联激动剂ZH8659、Gs/Gq双偶联激动剂ZH8651。ZH8651能够激活mTAAR1和hTAAR1的Gs、Gq信号通路，亲和力均在nM级别。以SEP作为对照，单次应用ZH8659和ZH8651剂量依赖性地改善MK -801诱导的小鼠精神分裂样症状，其效果与临床三期药物SEP相似。在Taar1-/-小鼠中，ZH8659和ZH8651对精神分裂症的改善作用大大减弱。

值得注意的是，单独给药SEP （3 mg/kg）对基础运动有明显的抑制作用，提示SEP可能具有导致自发活动减少的潜在副作用。相比之下，ZH8659或ZH8651没有引起基础活动减少，显示其亲和力高副作用低的优势。

图5. ZH8659和ZH8651对精神分裂样症状的改善作用