亿级虚拟筛选实现“大海捞针”！一举打通靶向GPR139配体从筛选到临床前验证全链条，开创孤儿受体精准找药的全新范式！
发布时间：
2026-01-31
一、研究背景
GPR139是一类特异性表达于中枢神经系统的孤儿G蛋白偶联受体，在缰核等与精神分裂症、抑郁症发病相关的脑区高度富集，其基因变异还与注意力缺陷多动障碍相关，是神经精神疾病治疗的重要潜在靶点。长期以来，该受体的内源性配体未明确，缺乏强效、特异的小分子配体，严重限制了其功能机制研究与成药转化。针对这一瓶颈，近期一项发表于Nature Communications的多国联合研究成功破局。研究团队借助GPR139高分辨率冷冻电镜结构，通过结构导向的药物发现策略，完成了从亿级虚拟筛选到体内活性验证的系统性探索，最终不仅获得了强效特异的GPR139激动剂，同时也为该靶点的后续研究与成药转化提供了关键支撑。
二、文章简介
原名：Ultra-large virtual screening unveils potent agonists of the neuromodulatory orphan receptor GPR139
译名：超大规模虚拟筛选揭示了神经调节孤儿受体 GPR139 的强效激动剂
期刊： Nature Communication
影响因子：IF 15.7, Q1
发表时间：2025年12月9日
三、核心成果
1. 亿级虚拟筛选结合体外验证，高效锁定特异性候选激动剂
研究团队以GPR139的高分辨率结构为基础，针对其正构结合位点开展大规模虚拟筛选。筛选采用包含2.35亿个类先导化合物的ZINC15数据库，通过DOCK3.7 软件进行分子对接，计算超200万亿个复合物的结合能。为确保筛选的全面性与准确性，在先选取排名前0.1%的化合物后，又通过干扰结构过滤与相似性排除，最后通过聚类分析选取代表性候选者进行视觉验证，最终锁定了68个化合物合成进入体外验证。
图 1GPR139 结合位点、235 亿化合物筛选流程及初筛结果
体外活性检测通过钙动员实验发现14个化合物具有激动活性，其中5个为完全激动剂，后经肌醇单磷酸积累实验交叉验证后，确认了活性最强的候选激动剂GPR139-Ag1（EC50=160nM），且不激活无关受体，特异性良好。这一步通过规模化筛选与严格验证，快速锁定了具有开发潜力的GPR139候选激动剂，为后续研究奠定了核心基础。
图2 5个GPR139激动剂的结构与钙动员/ IP1活性数据
2. 结构导向优化，显著提升配体活性与选择性
获得GPR139-Ag1后研究团队将其作为优化起点，以分子对接预测的结合模式为指导，系统开展结构-活性关系分析。优化过程中筛选了34亿个化合物类似物，重点探索环结构替换、取代基位置调整对活性的影响，同时关注立体构型的作用。
通过对核心骨架的系统性修饰，最终获得优化产物1.1的S -对映体（EC50=50nM），较原始化合物活性提升3倍，且活性优于已报道的参考化合物。这一优化过程充分结合了结构预测与实验验证，明确了影响配体活性的关键结构特征，显著提升了配体的活性与选择性，为后续机制研究提供了高质量的工具分子。
图3 GPR139激动剂的结构优化与SAR分析结果
3. 多维度验证闭环，全面确证配体的有效性与作用机制
（1）冷冻电镜解析，证实配体-受体结合模式可靠性
为验证虚拟筛选预测的结合模式，研究团队解析了GPR139与化合物1.1的S-对映体及G蛋白复合物的冷冻电镜结构，分辨率达3.2Å。结构分析显示，配体与受体的结合模式与预测高度一致，配体与受体关键氨基酸残基稳定结合，还促使结合口袋轻微扩张形成新的相互作用位点。这一实验既证实了前期筛选的准确性，更以可视化的分子互作细节，让后续配体优化从“盲试”转向“精准设计”，为提升配体活性与特异性提供了明确的结构依据。
图4 3.2Å分辨率GPR139-1.1 (S)复合物电镜结构与结合模式
图5 电镜复合物纯化流程与3.2Å分辨率质控数据
（2）信号通路分析，揭示GPR139多通路激活特征
通过新一轮的钙动员与肌醇单磷酸积累实验，以及BERT实验，团队系统的探究了优化后配体对GPR139信号通路的影响。实验结果显示，配体不仅能激活 GPR139经典的Gq/11信号通路，还能同时激活其它多条通路，其中更是首次发现了GPR139与G12蛋白的耦合；该配体在稳定细胞系中的半数有效浓度低至8nM，是目前已知活性最强的GPR139激动剂之一。这些实验不仅补全了GPR139的信号通路图谱，更是拓展了对其功能的认知，既填补了该受体功能机制的空白，也为探索其在神经调控中的作用提供了核心依据。
图6 激动剂对映体的多G蛋白激活特征及S-对映体优势
图7 激动剂对映体的钙动员活性对比结果
（3）体内活性验证，确认配体血脑穿透性与生物学效应
考虑到部分配体的代谢稳定性不足，研究团队选取溶解性与代谢稳定性更优的化合物1.5的S-对映体开展体内实验。药代动力学分析显示，该化合物可有效穿透血脑屏障，给药1小时后小鼠脑组织中的浓度达到4.8μM，远超体外有效浓度。旷场实验结果表明，该化合物能显著调节小鼠的运动能力与焦虑样行为，效果与阳性药相当。这组实验打通了从体外分子活性到体内生物学效应的完整链路，既验证了配体的血脑屏障穿透能力，也直接支撑了其作为神经精神疾病靶点药物的开发潜力，让该配体向临床候选药物的转化迈出了关键一步。
图8 化合物1.5 (S)对小鼠运动能力与趋触性行为的影响
四、总结
这篇研究通过“结构解析-虚拟筛选-结构优化-多维度验证”的系统性流程，成功获得强效特异的 GPR139 激动剂，完成从分子结合到体内活性的全链条确证。研究不仅建立了孤儿受体配体发现的范式，也为其他内源性配体不明的孤儿 G 蛋白偶联受体研究提供了可复用的技术路径。同时强效GPR139激动剂的发现，为精神分裂症、抑郁症等神经精神疾病药物研发提供了全新候选骨架，有望推动相关治疗领域的突破。
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