|   从“筛靶”到“筛药”，顶刊中天然产物膜蛋白研究进入双向探索时代

近年来，天然产物研究正不断向机制解析和精准干预迈进。从早期的药效评价，到作用机制解析，再到膜蛋白靶点发现与针对膜蛋白筛选与之结合的天然产物，越来越多发表于Nature等顶级期刊的研究表明，围绕膜蛋白开展的双向研究策略，正成为天然产物创新研究的重要方向。

一方面，通过筛选天然产物直接作用的膜蛋白靶点，可深入解析其药效机制；另一方面，以膜蛋白为研究对象，在天然产物中筛选可靶向膜蛋白发挥功能的先导化合物，则为创新药物发现提供了新的途径。近期的两篇Nature研究正是这一趋势的典型代表：

（1）筛靶（Target Identification）：2024年9月，上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究“A brain-to-gut signal controls intestinal fat absorption”利用ABPP技术揭示天然产物葛根素通过直接作用脑中GABAA受体α1亚基（GABRA1）调控脑-肠轴；

（2）筛药（Ligand Discovery）：2026年6月，杜克大学Robert J. Lefkowitz教授（2012年诺贝尔化学奖得主）团队的研究“Small-molecule modulation of β-arrestins”则首次筛选发现天然产物冬凌草素（Oridonin）能够直接结合β-arrestin，为GPCR信号调控提供了全新的药物干预策略。

GPCR（G蛋白偶联受体）是人体最大的膜蛋白受体家族，也是现代药物研发最重要的靶点之一，约三分之一的上市药物均通过调控GPCR发挥治疗作用。β-arrestin则是GPCR信号网络中的关键"调度者"，不仅决定受体脱敏与内吞，还参与调控ERK等多条下游信号通路，是实现GPCR信号偏向性的重要分子。然而，长期以来，小分子药物几乎都以GPCR受体为靶点，能够直接调控β-arrestin功能的小分子配体一直未被发现，这也成为GPCR领域长期未解的重要问题。

此次Nature报道的研究，研究团队通过建立系统的小分子筛选策略，从数千种化合物中发现天然产物冬凌草素能够直接结合β-arrestin，并进一步解析了其别构抑制机制，为GPCR精准调控开辟了新的研究方向。

为发现直接结合β-arrestin的小分子配体，研究团队构建了一套多阶段筛选流程：

①　首先利用差示扫描荧光法（DSF）从3,500个具有化学多样性的化合物中，通过检测小分子对纯化 βARR1/2 热稳定性的影响，同时结合可重复性、药物毒性等数据，初步筛选出26种与 βARR1/2 潜在结合的小分子。

②　随后，通过体外放射性配体结合实验和细胞内PathHunter β-arrestin招募实验进行功能验证，以检测候选小分子是否能抑制激动剂诱导的β- arrestin招募。最终鉴定出三种小分子抑制剂：Cmpd-5（冬凌草素）、Cmpd-46和Cmpd-64。

③　等温滴定量热法（ITC）进一步证实，这三种小分子能以高纳摩尔至低微摩尔级的亲和力直接结合 βARR1和 βARR2。

其中，冬凌草素对两种异构体的结合力相近，且对包括GLP-1R和AT1R在内的多个受体募集 β-arrestin的抑制率最高可达93%以上，证明了冬凌草素是能够真实地与β- arrestin直接结合并发挥抑制作用的分子。

该研究首次发现天然产物冬凌草素可直接靶向β-arrestin，并结合功能验证、冷冻电镜解析及分子模拟等多种技术，系统揭示了β-arrestin别构调控的新机制，为GPCR信号偏向性药物的开发提供了全新的研究范式。相比传统以GPCR受体为靶点的药物研发策略，这项工作进一步证明，从GPCR信号通路关键节点切入，同样能够实现对受体功能的精准调控，也为天然产物作用机制研究提供了新的思路。

对于GPCR相关药物研发而言，高通量先导化合物筛选仍然是发现活性分子和解析作用机制的重要起点。达吉特构建了500+种GPCR高表达稳转细胞株，覆盖全种类的药靶相关GPCR类别。基于此平台，通过β-arrestin招募、钙流检测、cAMP检测等功能实验，能够快速评价化合物对不同GPCR的激活或抑制作用，开展激动剂与拮抗剂的高通量筛选，并进一步结合靶点验证等技术开展机制研究。

24年来自上海交通大学医学院附属瑞金医院发表于Nature的 研究“A brain-to-gut signal controls intestinal fat absorption”，揭示了一条直接由大脑调控肠道脂肪吸收的新通路，即脑-肠信号轴，同时还发现了通过调控脑-肠轴减少脂吸收的天然产物葛根素这一“减肥神器”。

此研究中，作者基于光亲和标记ABPP技术，在小鼠脑干组织中对葛根素结合靶点进行高通量筛选，从数百个候选蛋白中逐步锁定膜蛋白GABA_A受体α1亚基（GABRA1） 为其直接作用靶点。（相关阅读：Nature 重磅 | 中药天然化合物葛根素成为减肥新帮手，传统中药研究上岸顶刊!）

该研究展示了天然产物"筛靶"的一条典型技术路线：利用传统靶点筛选技术在复杂组织中发现天然产物直接结合的膜蛋白靶点。 然而，细胞或组织样本中膜蛋白表达受细胞/组织类型、细胞组成及丰度影响较大，在裂解液水平的靶点筛选技术，往往无法保证膜蛋白的正确构象和结合活性，所以膜蛋白靶点的筛选结果往往并不十分理想。

葛根素这篇研究展示了膜蛋白靶点发现的重要价值，但不同研究场景对应的技术路线并不相同。目前，针对药物结合膜蛋白受体的研究，达吉特建立了两类互补的技术平台，可分别满足直接结合筛选与活细胞靶点发现的研究需求。

1.GPCR膜蛋白芯片：该技术通过在在单纯疱疹病毒（HSV-1）上表达天然构象的膜蛋白，后将病毒粒子纯化出来点制在芯片表面，可检测小分子、天然产物、多肽等样品的直接结合膜蛋白靶点。目前平台覆盖428种功能性膜蛋白，其中包括292种非嗅觉GPCR（覆盖约78%），同时兼具RTK等部分难表达膜蛋白，适用于高通量筛选药物直接结合的膜蛋白靶点，尤其适合GPCR类受体的靶点发现。

2.SPIDER邻近标记技术：基于邻近共价标记策略，在活细胞环境下捕获与候选分子发生相互作用的膜蛋白，并结合质谱进行鉴定，适用于未知膜受体的发现，对于单次跨膜受体等表达丰度较高的膜蛋白具有良好的应用价值。

近年来，天然产物与膜蛋白的研究思路逐步拓展到“筛药+筛靶”双向并行的新模式：既可解析天然产物直接作用的膜蛋白靶点，也可围绕膜蛋白筛选具有调控活性的天然产物配体。达吉特现已建立覆盖“筛靶”与“筛药”两类研究需求的技术平台，可提供膜蛋白靶点筛选、GPCR功能筛选等技术服务，助力天然产物机制研究与创新药物开发。