1.什么是GPCR受体家族

GPCR（ Guanosine-binding Protein Coupled Receptor）中文名称为G蛋白偶联受体，是表达在细胞质膜上的一类7次跨膜蛋白，包涵800+个成员受体，是哺乳动物基因组中最大的膜蛋白家族。多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体及味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素受体的功能调节都依赖于GPCR受体家族。G蛋白是细胞内重要的信号转导分子，信号通路的故障与许多疾病有关，例如糖尿病、失明、过敏、抑郁、心血管缺陷和某些形式的癌症。因此研究并生产出针对这些细胞表面信号传递受体蛋白的抗体成为科研工作者的首要工作。

图1：GPCR（G 蛋白偶联受体）信号传导通路

2.GPCR受体家族分类

G 蛋白偶联受体 (GPCR) 是最大的一类细胞表面受体，由人类基因组中的 1,000 多个基因编码。通过对受体家族进行基因组序列分析，G蛋白偶联受体家族可以大致被分为6类，分属其中的G蛋白耦联受体的基因序列之间没有同源关系。

（1）视紫红质样受体，视紫红质包含了绝大多数种类的G蛋白耦联受体，在光感知中起着至关重要的作用，并已作为研究 GPCR 信号传导的模型系统。

（2）分泌素受体家族，有较大N端区域，主要调节代谢作用。

（3）代谢型谷氨酸受体，有更大的N端，主要维护神经系统和体内钙的稳定。

（4）真菌交配信息素受体

（5）环腺苷酸受体

（6）Frizzled/Smoothened家族

图2：四种G蛋白介导的G蛋白GPCR信号传导示意图

3.纳米抗体

羊驼是骆驼科的成员，包括美洲驼（Llama）以及我们熟悉的羊驼（Alpaca）。除常规IgG外，驼科动物还产生一种功能性单链抗体，该抗体能够与抗原结合，有时称为VHH抗体。这些抗体仅由重链组成，缺乏轻链和功能性CH1和CH4结构域。这些所谓的重链抗体正被用于开发单域抗体。这些抗体的单结构域性质提供了独特的优势，使其在生物技术应用中脱颖而出。

VHH抗体的优点：（1）在高温和pH下的稳定性；（2） VHH可以识别通常不被常规抗体识别的抗原位点；（3）它们的小分子片段有助于快速组织渗透和标记应用，包括跨越血脑屏障；（4）用于大规模生产节约成本的替代品。

基于以上纳米抗体的天然优势，因此在GPCR研究和药物开发的领域可以发挥强大作用。

4.纳米抗体调节GPCR功能

4.1纳米抗体能够稳定GPCR构象

伴随着细胞膜上的GPCR调节过程的不断变化，同时存在不同的构象。其中有三种激动剂起到关键作用，它们通过与GPCR结合来诱导不同构象的变化，GPCR反向激动剂（inverse agonist），拮抗剂（antagonist）或激动剂（agonist）。因此研究GPCR与配体结合时的结合位点和构象之前，首要的是分析GPCR的晶体结构。

β2AR是一类交感神经系统的膜蛋白受体，利用内源性儿茶酚胺如肾上腺素和去甲肾上腺素等激动剂参与人体许多生理和代谢过程。β2AR作为药物靶点，可用于哮喘、心血管等疾病的治疗。因此，获得β2AR晶体结构显得尤为重要。

目前获得的GPCR晶体结构是非激活构象，是小分子拮抗剂结合状态下获得，小分子激动剂结合状态下的GPCR激活构象，因其呈现为非均质相，则难以获得具高分辨率的晶体结构。美国斯坦福大学的Brian K. Kobilka教授，首先解析β2AR晶体结构出并获得诺奖。结合纳米抗体体积小亲和力高的特点，Brian K. Kobilka团队通过免疫羊驼，筛选到类似于G蛋白的纳米抗体Nb80，使用Nb80结合到β2AR膜内区域，稳定β2AR与激动剂BI-167107结合，从而解析出β2AR的晶体结构。

图3激动剂-Nb80稳定的活化β2AR晶体结构与反向激动剂结合的β2AR的比较

4.2纳米抗体能够调节GPCR功能

纳米抗体几乎与常见的疾病研究如癌症，炎症反应等都密切相关，由于本身较少的二硫键结构，可以在细胞内稳定存在，因此在胞内治疗研究中应用广泛。纳米抗体通过靶向趋化因子及其受体，在炎症时引导白细胞向趋化因子转化，使得趋化因子受体在免疫细胞上表达，能在癌症和艾滋病治疗中发挥作用。

纳米抗体可以调整胞内信号转导，蛋白beta-arrestin或G-蛋白激活，激酶(GRK)介导的受体磷酸化等。纳米抗体可以用作生物传感器，通过荧光标记蛋白，来跟踪细胞中的蛋白质。因此，研究靶向纳米抗体开发极具治疗意义。