过去几年,减重药的研发似乎进入了一场关于数字的竞赛:10%、15%、20%……从GLP-1单激动剂,到GLP-1/GIP双激动剂,再到GLP-1/GIP/GCG三激动剂,靶点组合不断扩展,临床减重效果也一次次刷新纪录[1-3]。与此同时,在药物发现早期,我们也习惯用另一组数字快速判断一个分子是否足够优秀:EC50够不够低?Emax够不够高?半衰期够不够长?对于单靶点药物,这种排序方式直观且高效。
但当多靶点被组合进同一个分子后,并不只是“多激活了一个靶点”,而是不同受体参与的生理过程不同,它们之间可能存在协同,也可能存在制衡。于是,一个值得重新思考的问题出现了:我们真正需要的,仍然是那些各项体外活性都“最强”的激动剂吗?
答案可能没有想象中那么简单。
1、“EC50最低”并不一定意味着“候选分子最好”
假设现在有两个候选分子。A对GLP-1R的EC50是0.03 nM,B是0.3 nM,看起来A的体外效力比B高10倍。我们是不是应该因此淘汰B?
未必。
如果在临床给药后,A和B的游离药物浓度都足以实现充分的靶标占有,那么这10倍的体外效力差异未必能够按比例转化为更大的临床获益。相反,如果体内暴露恰好处于这两者之间,这个差异可能就非常重要了。
此外,EC50本身并不是脱离实验条件存在的分子常数,容易受检测系统的影响。它回答的仅仅是“在这个实验体系中,需要多高浓度才能达到该分子最大响应的一半”,并不能直接告诉我们,这个数值在进入体内以后究竟有多大意义。
因此,EC50当然重要,但它只是候选分子药理学特征的一部分。真正需要优化的,可能不是某个孤立的体外数值,而是EC50、Emax、信号偏向性等受体药理学特征,以及PK和治疗窗口共同决定的整体药物特征。
2、多激动剂改变的,不只是靶点数量,而是优化问题本身
对于单靶点激动剂,我们通常可以把优化问题简化为:如何让这个受体获得足够强、足够持久并且可控的激活。但当一个分子同时作用于两个或更多受体时,药物设计就从单变量优化变成了一个多变量问题。
Tirzepatide提供了一个很好的例子。与天然配体相比,tirzepatide在GIPR上的效力与天然GIP相近,而在GLP-1R上的效力要比天然GLP-1弱(如图1A和B);在GLP-1R内部,不同下游通路的响应也并不等价:其cAMP信号仍然较强,而β-arrestin的招募明显较弱(如图1I和J)[4]。因此,研究者将tirzepatide描述为一种“imbalanced and biased” GIPR/GLP-1R双激动剂。
图1:Tirzepatide的体外药理学并非简单“1:1”:受体间活性不平衡与GLP-1R信号偏向并存[4]
Tirzepatide的成功提示我们:一个成功的多激动剂,并不要求所有靶点都达到相同的最大活性。所谓“不平衡”,有时可能不是需要纠正的缺陷,而恰恰是可以被设计和利用的药理学特征。
Retatrutide进一步放大了这个问题:同时激活GLP-1R、GIPR和GCGR[5],GLP-1R激活有助于抑制食欲、改善血糖;GIPR参与代谢调节,并可与GLP-1R形成互补作用;GCGR激活则可增加能量消耗。与此同时,GCGR还能促进肝糖输出,具有升高血糖的潜力。于是,一个典型的药物疗效-风险权衡出现了:GCGR活性过弱,可能不足以充分获得能量消耗方面的获益;过强,则可能增加血糖控制方面的风险[6]。
因此,多激动剂不应该简单理解为“把多个强激动剂装进同一个分子”。更准确地说,它是在设计一种特定的药理学配置:各个靶点之间究竟应该保持怎样的相对活性,才能在疗效、代谢获益和耐受性之间取得更合适的平衡?这可能才是多激动剂设计真正困难的地方[7]。
3、筛选逻辑是不是也应该改变?
对于单靶点,我们往往比较清楚自己希望把药理学往哪个方向推。但对于多激动剂,一个很现实的问题是:我们可能连什么样的药理学配置最好都还不知道。这会直接影响多激动剂的筛选逻辑。那么,我们的筛选逻辑应该变成什么样?这可能是最值得药物研发人员思考的一步。
在大规模文库筛选阶段,我们不得不面对一个现实的“通量—信息量”权衡:文库越大,能够为每个分子测量的维度通常越少。面对百万级文库,不可能从一开始就完整测定每个分子在各个受体上的EC50、Emax、信号偏向以及PK,因此早期筛选往往只能依赖少数能够实现高通量读取的指标。问题并不在于这些指标没有价值,而在于:如果筛选压力过早集中于单一维度,我们可能会损失其他具有潜在价值的药理学特征。尤其是在“理想药理学特征”本身尚未被充分定义时,过早把“最强”作为唯一方向,可能反而缩窄了后续可以探索的空间。
因此,早期筛选的目标可以从“寻找最强的激动剂”,转向“发现一批达到基本活性门槛、但药理学特征具有差异的分子”:在保证达到最低活性门槛的前提下,在不同的药理区域和结构家族中均衡挑选代表性分子。随后再通过更深入的药理学表征,判断哪些特征真正值得进入后续开发。也就是说,早期筛选的目的未必是立即选出唯一的“最优分子”,而是在保证基本活性的前提下,尽可能保留具有潜在价值的药理学多样性。
4、下一代筛选,也许应该从“排行榜”变成“地图”
当文库从百万级缩小到几百甚至几十个命中分子后,我们才有条件真正审视每个分子的药理学特征谱。此时,不应该只问“哪个分子的EC50最低”,而应该把每一个分子放进一个多维药理学空间中:各个受体的EC50、Emax、信号偏向性,以及PK等[8]。最终得到的,不再是一张从第一名排到第一百名的排行榜,而是一张药理学地图:有些分子位于GLP-1R优势区域,有些偏向GIPR,有些具有适度的GCGR活性,有些表现出较低的β-arrestin募集;还有一些分子的体外效力并不突出,但可能具有更长的半衰期和更理想的体内暴露。
接下来真正重要的,是从这些不同区域中选择具有代表性的分子,进入下一步的动物药效评价,经过几轮以后,我们最终希望得到的不是简单的“第一名”,而是逐渐看到一个疗效和副作用之间的药理学边界:究竟哪一类药理学特征能够带来更好的减重效果、更大的代谢获益以及更可接受的耐受性。
这比简单的活性排行榜,更接近真实世界的药物开发。
图2:从“排行榜”到“药理学地图”:以三受体效力为投影坐标的多维候选分子空间(概念示意图;作者构思,AI辅助绘制)
5、从药理学地图到设计规则:AI可能真正有价值的地方
当数据积累到这个阶段,AI才真正有了用武之地。这里的 AI 不是直接预测“哪个分子最好”,而是基于丰富的体外药理与体内表型数据,去识别高维特征之间的非线性关系——比如靶点之间怎么配合才算“刚好够用”,特殊的药理特性需要匹配怎样的血药浓度,以及某个靶点强到什么程度会触碰安全“天花板”。
AI的核心价值,是帮我们总结出人类经验难以察觉的设计规则。一旦这些规律被定量化,多肽研发的优化目标就会极其清晰。AI 的终点不是替我们挑选一个“冠军分子”,而是推动多激动剂药物开发真正从“盲目筛选”走向“精准设计”。
结语
减重药的竞争还会继续。未来我们很可能看到更多靶点组合、更多偏向型激动剂,以及越来越复杂的分子设计。但多激动剂的发展正在提醒我们:“更多”并不天然意味着“更好”,“更强”也不天然意味着“更有效”。也许下一代减重药的重要突破,不是筛到EC50最低、Emax最高的分子,也不是发现第四个或第五个新靶点,可能来自对各个靶点之间药理学关系更精确的设计。利用实验建立起药理学地图,结合AI进一步帮助我们从地图中识别关键变量、功能平衡和治疗窗口并指导下一轮验证。此时,多激动剂的开发才可能真正从“寻找更强的分子”,走向“设计更合适的药理学配置”。
参考文献
[1] Wilding JPH, Batterham RL, Calanna S, et al. Once-Weekly Semaglutide in Adults with Overweight or Obesity. N Engl J Med. 2021;384:989–1002. doi:10.1056/NEJMoa2032183.
[2] Jastreboff AM, Aronne LJ, Ahmad NN, et al. Tirzepatide Once Weekly for the Treatment of Obesity.N Engl J Med.2022;387:205–216. doi:10.1056/NEJMoa2206038.
[3] Jastreboff AM, Kaplan LM, Frías JP, et al. Triple-Hormone-Receptor Agonist Retatrutide for Obesity — A Phase 2 Trial. N Engl J Med. 2023;389:514–526. doi:10.1056/NEJMoa2301972.
[4] Willard FS, Douros JD, Gabe MBN, et al. Tirzepatide is an imbalanced and biased dual GIP and GLP-1 receptor agonist. JCI Insight. 2020;5(17):e140532. doi:10.1172/jci.insight.140532.
[5] Coskun T, Urva S, Roell WC, et al. LY3437943, a novel triple glucagon, GIP, and GLP-1 receptor agonist for glycemic control and weight loss: From discovery to clinical proof of concept.Cell Metab. 2022;34:1234–1247.e9. doi:10.1016/j.cmet.2022.07.013.
[6] Day JW, Gelfanov V, Smiley D, et al. Optimization of co-agonism at GLP-1 and glucagon receptors to safely maximize weight reduction in DIO-rodents. Biopolymers. 2012;98(5):443–450. doi:10.1002/bip.22072
[7] Capozzi ME, DiMarchi RD, Tschöp MH, et al. Targeting the Incretin/Glucagon System With Triagonists to Treat Diabetes. Endocr Rev. 2018;39(5):719–738. doi:10.1210/er.2018-00117.
[8] Darbalaei S, Yuliantie E, Dai A, et al. Evaluation of biased agonism mediated by dual agonists of the GLP-1 and glucagon receptors. Biochem Pharmacol.2020;180:114150. doi:10.1016/j.bcp.2020.114150.