PNAS 四川大学华西医院欧阳亮/李涛团队开发治疗射血分数保留型心衰的新型APLNR偏向性激动剂

超过一半的心衰患者为射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)，临床治疗措施极为有限。深入探索其发病机制并开发精准干预策略，是心血管疾病研究领域的迫切需求。G蛋白偶联受体(GPCR)调节人体众多的生理和病理功能，如糖脂代谢稳态、炎症反应等，是目前最主要的药物靶标。Apelin受体(APLNR)是A类GPCR家族成员。Apelin是APLNR的内源性配体，可同时激活APLNR下游的G蛋白和β-arrestin信号通路，在心血管系统功能调节中发挥着关键作用。内源性配体apelin诱导的心脏保护效应主要归因于APLNR的G蛋白信号，而β-arrestin信号的激活反而引起有害的心肌肥厚。目前全球范围内尚未报道具有显著G蛋白偏向性的小分子APLNR激动剂。因此，开发兼具高G蛋白偏向性与优化药代动力学特性的小分子化合物，有望为HFpEF提供新的治疗措施。

2025年5月2日，四川大学华西医院欧阳亮、李涛教授团队在PNAS杂志在线发表了题为“Multiscale biased chemical space remodeling for developing APLNR agonists with anti-HFpEF efficacy”的研究论文。该研究开发了一种偏向性化学空间重塑方法，基于受体分子药理学机制，以设计靶向APLNR的特异性小分子偏向性激动剂。其中，新型活性分子AP-7在具备绝对Gi蛋白偏向性功能的同时对HFpEF展现出良好治疗效果，包括改善心肌舒张功能，降低血压，减少心肌纤维化等，并显著降低β-arrestin信号相关不良反应，为靶向APLNR的改善心血管疾病的药物开发提供了全新策略和理论基础。 

首先，为设计APLNR新型小分子激动剂，研究团队创新性提出了多尺度偏向性化学空间重塑策略，结合分子动力学模拟、Split-and-Mix片段基化学信息学策略及多参数优化技术。研究团队基于已知的APLNR激动剂CMF-019的骨架结构，通过解析其与APLNR形成的复合物高精度结构，并结合分子动力学模拟技术，深入剖析了CMF-019与APLNR的结合模式及其动态相互作用机制。随后，利用Split-and-Mix策略，对CMF-019的分子骨架进行了精细拆分，获得了多个具有潜在药效团特征的小片段。通过系统地组合这些片段，并借助计算机辅助药物设计技术，团队成功构建了一个结构新颖、多样性丰富的化合物库，拓展了药物分子的化学空间。最后，通过高通量筛选和体外活性测试，成功筛选出具有优异G蛋白信号通路激活能力和完全β-arrestin信号通路抑制能力的AP-7与AP-16激动剂。这两种激动剂不仅展现出了对APLNR的高效激活能力，更重要的是，它们表现出完全的G蛋白信号通路偏向性，即能够特异性地激活G蛋白信号通路，同时完全抑制β-arrestin信号通路的激活。

接着，研究团队在离体细胞水平，对新研发的APLNR偏向性激动剂AP-7/AP-16以及现有的平衡激动剂和部分G蛋白偏向性激动剂(如CMF-019)进行功能筛选和验证。实验数据显示，在常规培养条件下，Apelin与CMF-019可显著诱导心肌细胞肥大表型，而AP-7/AP-16并不影响其基线状态。进一步，研究团队通过巨噬细胞条件培养基(MCM)联合异丙肾上腺素(ISO)模拟在体HFpEF模型，研究AP-7/AP-16在病理状态下的作用。实验结果显示，Apelin与CMF-019虽能改善心肌细胞活性和线粒体功能，降低心肌损伤标志物水平，但是会促进心肌细胞肥大。相比之下，AP-7/AP-16不仅有效改善心肌细胞损伤指标，同时并不增加诱发心肌肥大风险。因此，新型偏向性激动剂AP-7/AP-16在有效改善HFpEF细胞表型的同时，成功规避了引发心肌肥厚的不良反应，展现出独特的保护特性。

进一步，为了探究AP-7/AP-16对正常饲养小鼠和HFpEF小鼠的影响，研究团队通过腹腔注射给药方式，以20 mg/kg/day的剂量对小鼠进行为期两周的处理。结果显示，正常小鼠在接受Apelin和CMF-019处理后会导致小鼠心肌肥厚，而AP-7/AP-16处理的小鼠无明显变化。接着，在高脂饮食联合L-NAME诱导的HFpEF小鼠模型进行验证，发现仅AP-7在该模型中表现出多维治疗优势，可降低HFpEF小鼠血压、改善运动耐受能力、肺水肿、心脏舒张功能、心肌肥大和心肌纤维化等，提示AP-7可作为HFpEF新型治疗药物的临床应用潜力。 

综上所述，该项研究采用多维度化学空间重塑的设计策略，结合结构-功能关系、基于Split-Mix策略的虚拟库的构建和虚拟筛选以及定向化学空间修饰，成功设计并合成新型APLNR偏向性激动剂AP-7。并通过体内外实验证实AP-7可显著改善HFpEF病理表型，揭示APLNR作为潜在治疗靶点的价值，为开发HFpEF创新疗法提供依据。 

原文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2423432122