G蛋白偶联受体（GPCR）构成人类基因组中最大的膜蛋白家族，有800多名成员。所有GPCR都具有共同的结构，其特征在于七个跨膜（7TM）结构域，，但它们具有不同的生理作用并且可以通过各种刺激被激活，如光子，离子，神经递质和激素。根据“GRAFS”分类系统，GPCR可分为五个家族：谷氨酸，视紫红质，粘附，卷曲/味2和分泌素，而视紫红质样受体也称为A类，分泌素为B类和谷氨酸作为C类。GPCR是所有已批准药物的30％以上的靶标，并且它们仍然是用于药物发现的最成功和最有希望的靶蛋白类别。

作为膜蛋白，GPCR负责将细胞外信号转移至胞质溶胶。如其名称所示，GPCR偶联G蛋白，其结合并水解鸟苷5'-三磷酸（GTP）以介导下游信号传导。与GPCR相关的G蛋白是异源三聚体，由三个亚基组成：Gα，Gβ和Gγ。Gα蛋白被进一步分成四个主要亚组：Gαs, Gαi/o, Gαq/11和Gα12/13。根据特定GPCR偶联的G蛋白的类型，受体活化可激活第二信使，例如肌醇三磷酸（IP3）、甘油二脂（DAG）或环腺苷酸（cAMP）。

除了经典的G蛋白信号传递途径，目前GPCR公认的信号传导途径还有β-arrestin依赖性的信号传导途径。在GPCR活化后，称为G蛋白偶联受体激酶（GRK）的蛋白激酶家族将G蛋白释放后的胞内结构域磷酸化。磷酸化的GPCR将募集β-arrestin蛋白，其介导GPCR信号传导的脱敏和GPCR的内吞，并因此用于“关闭”信号传导，导致G蛋白依赖性GPCR信号传导的负反馈。β-Arrestins还与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的激活有关，例如细胞外信号调节激酶1和2（ERK1/2）。

β肾上腺素能受体（βARs）

βARs可以被细分为三个亚型：β1AR，β2AR，β3AR，所有这些都已经是被公认的药物靶点。以前鉴定的βAR配体具有共同的结构特征，因为它们都含有儿茶酚胺骨架，如去甲肾上腺素（1）和异丙肾上腺素（2）。Drake等人的研究表明，3个儿茶酚胺衍生物乙基去甲肾上腺素（3），乙基异丙肾上腺素（4），和Ñ-cyclopentylbutanepherine（CPB，5）（5）在β2AR上表现出明显的偏向β-arrestin的信号途径。这些化合物与化合物1和2之间的结构比较清楚地表明，偏向配体具有对β-arrestin募集活性至关重要的共同结构特征，后者是儿茶酚胺α-碳上的乙基取代基。

血管紧张素II 1型受体（AT1R）

AT1R是主要的血压调节受体，并且作为AT1R拮抗剂的血管紧张素受体阻滞剂（ARB）是广泛用于治疗高血压的药物。通过对血管紧张素II（Ang II）的序列修饰，Trevena的科学家发现肽SII（13）是AT1R 的第一个β-arrestin偏向的激动剂，其通过用肌氨酸取代Asp 1，用异亮氨酸取代Tyr 4和Phe 8设计而成。SII与AT1R具有中等的亲和力（KD=300nM），亲和力比血管紧张素II（KD=1.6nM）低了187倍，其与血管紧张素Ⅱ竞争性的结合AT1R。SII与AT1R结合后，不会诱导G蛋白的信号传导，而会引起β-arrestin的募集和受体的内吞，并通过β-arrestin激活MAPK下游信号通路。为了增强SII的亲和力，试验人员设计了一系列新的AngII类似物，其中肽TRV120023（14）和TRV120027（15）显示出对AT 1 R亲和力的明显改善。TRV120023和TRV120027选择性诱导人AT1R的β-arrestin2募集（ EC 50分别为44nM和17nM），同时拮抗AngII激活G蛋白信号传导。大鼠的体内研究表明，与平衡的AT1R拮抗剂不同，平衡的AT1R拮抗剂在降低血压的同时也降低心脏功能，而TRV120027可增加心脏功能并保持心脏搏动量。这些结果支持β-arrestin偏向的AT1R激动剂的开发，用于治疗高血压和心力衰竭，这将提供超过现有ARB药物的心脏益处。TRV120027已进入临床评估治疗急性心力衰竭（AHF）; 然而，在IIb期试验（BLAST-AHF）中，它没有给患者带来任何益处而不能达到其主要或次要终点。事后分析显示TRV120027的表现取决于收缩压的不同，后续可能会缩小到亚组从而获得阳性数据。

阿片类受体

阿片受体在疼痛管理，药物滥用/成瘾和情绪障碍中起着关键作用。有四种主要亚型：δ阿片受体（DOR），κ阿片受体（KOR），μ阿片受体（MOR）和nociceptin受体（NOPR）。MOR是阿片类药物发挥镇痛作用的主要途径。研究表明，阿片类药物诱导的镇痛作用是通过MOR的G i/o信号传导的，而副作用，如呼吸抑制和便秘，则可能是通过β-arrestin的信号通路传导来赋予。这样，通过选择性激活与受体偶联的下游途径，可以只获取药物的治疗作用，而将不良反应抛开。Trevena筛选了其内部化合物文库并鉴定了化合物16作为新型MOR激动剂。化合物16显示对MOR G蛋白信号传导的亚微摩尔活性（pEC50 =6.3）和较低的β-arrestin的募集活性（Emax=32％，吗啡为100％）。进一步的优化筛选得到了化合物17，具有更高G蛋白活性和更低的β-arrestin的募集活性，然而，它会导致心律失常的潜在风险(hERG IC50=2.3 μM)。进一步针对噻吩部分的SAR研究获得了化合物TRV130（18），其显示出对G蛋白依赖性信号传导的偏向性，但具有更低的hERG抑制（IC50=6.2μM）。在动物模型中，与吗啡相比，化合物TRV130显示出有效的镇痛作用，但是减少了呼吸抑制和便秘。这些结果表明，TRV130或其他G蛋白偏向的MOR激动剂可能作为有效的镇痛药起作用，但副作用小于现有的非偏向MOR激动剂如吗啡。TRV130（也称为奥瑞尼定，OLINVO）已经完成了治疗中度至重度急性疼痛的3期临床试验，目前正在等待美国食品和药物管理局（FDA）的批准。如果成功，TRV130将成为市场上同类产品中的第一款。

多巴胺受体

多巴胺受体包含五种亚型，其可分为两个亚家族，D1样（D1和D5）和D2样（D2，D3和D4）受体。D2受体（D2R）是神经系统疾病中最重要的药物靶点之一，是治疗帕金森病，精神分裂症和其他情感障碍的药物的主要靶点之一。精神分裂症的治疗传统上涉及典型的抗精神病药，其阻断D2R作为拮抗剂或反向激动剂的功能。然而，新一代抗精神病药靶向D2R作为部分激动剂，代表药物为阿立哌唑（45）。虽然这些药物已成为精神分裂症治疗的基础，但它们中的大多数要么不如预期有效，要么具有不良副作用，包括迟发性运动障碍，这是由于长期使用典型抗精神病药引起的不可逆运动障碍。

因此，在阿立哌唑的骨架的基础上，人们开始探索具有偏向性的D2R激动剂，并且描述了它们作为动物模型中潜在抗精神病药的作用。如发现的化合物UNC9975（46），UNC9994（47），和UNC9995（48），它们被证明是D2R的高亲和力β-arrestin偏向配体。在精神病的动物模型中，化合物UNC9975和UNC9994显示出对苯丙胺（AMPH）和苯环利定（PCP）刺激的过度运动的有效抑制，其在β-arrestin2敲除小鼠中减弱或完全消除。这些结果表明，D2R的β-arrestin信号传导是这些化合物的抗精神病功效的重要贡献者。这些β-arrestin偏向的D2R配体UNC9975和UNC9994也减少了PCP治疗或NR1敲低性低谷氨酸能小鼠的精神分裂症样行为，且诱导了比典型的抗精神病药物和D2R拮抗剂氟哌啶醇更低水平的强直性昏厥。

5-羟色胺受体

5-羟色胺受体（也称为5-HT受体）是多种药物的靶标，包括许多抗抑郁药，抗精神病药和减食欲药。所有5-羟色胺受体都是GPCR，除了5-HT3受体，它是配体门控离子通道。就信号传导偏向性而言，5-HT 2A/2C受体是最早报道功能选择性配体的GPCR之一，然而，关于特定下游信号传导途径（例如，G蛋白与β-arrestin）的偏向性研究最近才有所探究。

麦角胺（79）是一种具有抗偏头痛特性的天然麦角灵生物碱，是许多5-羟色胺受体的激动剂。与大多数麦角林一样，例如迷幻剂麦角酸二乙胺（LSD），麦角胺也报道在5-HT 2B受体上具有β-arrestin的偏向性。与麦角胺共结晶的5-HT2B受体和5-HT1B受体的结构分别揭示了这些受体的β-arrestin偏向和无偏“活性”状态。这些研究为偏向信号提供了第一个结构特征，这反过来将指导其他GPCR的偏向配体的合理设计。随着更多偏向的GPCR配体的发现，将来预期会有更多具有与受体结合的偏向配体的晶体结构。

组胺受体

组胺是一种神经递质，通过与四种类型的G蛋白偶联的组胺受体（H1R-H4R）结合而在细胞中发挥生理作用，这些受体在各种细胞类型中差异表达。例如，H2R主要参与胃酸生成，并且是治疗胃酸相关病症的经典药理学靶标。关于配体偏向性质，对常用的H2R阻断剂法莫替丁的回顾性研究已经证明，尽管在cAMP测定中是反向激动剂，但法莫替丁模拟了组胺对受体脱敏和内化的效果。这得到了以下结论：对于许多已知在常规G蛋白测定中被表征为拮抗剂或反向激动剂的已知GPCR配体，它们可以具有受β-arrestin介导的受体脱敏和内化的积极功效。

组胺受体的另一种亚型H4R代表了诸如气道炎症，炎性肠病和特应性皮炎等病理学的有希望的治疗靶标。最近，已经报道了对许多H4R拮抗剂的偏向信号传导的比较研究。化合物JNJ-7777120（86），其最初被鉴定为H4R 的选择性拮抗剂，被表征为β-arrestin的偏向激动剂。它在GTPγS结合试验中没有显示出作用，但在β-arrestin2募集试验中显示出有效的部分激动剂活性（pEC50=7.9，Emax=64％）。基于其indolecarboxamide的骨架，最近开发了各种JNJ-7777120类似物，其具有与β-抑制蛋白2相似的偏向性质，但有趣的是，发现硝化化合物87是平衡的hH4R激动剂。与这些吲哚甲酰胺不同，异硫脲化合物在相对适度的结构变化时提供更广谱的效力。例如，将2-Cl取代引入无偏向H4R拮抗剂VUF9107（88）的苯基，将其转化为G蛋白偏向型激动剂VUF5222（89）和3-Cl取代将其转化为β-arrestin2偏向的化合物VUF5223（90）。此外，还报道了其他化学类别的G蛋白偏向配体，包括VUF10778（91）和VUF10185（92）和β-arrestin2偏向配体VUF10214（93）。只有少数H4R拮抗剂已进入临床试验，JNJ-7777120由于半衰期短和临床前毒性从未进入临床试验阶段。

大麻素受体是在生理学中起重要作用的GPCR家族，其主要具有两种亚型CB1R和CB2R（其他公认的大麻素受体包括GPR18和GPR55）。CB1R主要在CNS中表达，而CB2R在免疫系统中表达，并且它们都是引起很多关注的重要药物靶标。

CB1R主要与G i/o偶联，但在被特异性激动剂激活时也观察到与Gs和Gq偶联。一系列证据表明，大多数CB1R激动剂不能均等地激活相关的G蛋白，因此显示出对特定下游信号传导途径的功能选择性。例如，合成大麻素WIN-55212（94）同样地有效抑制（Gi）和激活（Gs）cAMP积累，两者的Emax均为100％，而内源性大麻素anandamide（AEA，95）则更偏向Gi的抑制性通路超过Gs，Emax 分别为81％对27％。

Apelin Receptor（APJ）

APJ是1993年发现的A类GPCR，它被认为是心血管疾病的潜在靶标。已经证实，apelin对APJ的激活触发细胞内G蛋白依赖性信号传导途径，其增加心肌收缩性和血管舒张，而机械拉伸激活APJ介导的β-arrestin信号传导，其导致心脏肥大。因此，从药物发现的观点来看，G蛋白偏向的APJ激动剂对治疗心力衰竭更有效。       基于[Pyr1]apelin-13（108）的肽序列，Brame等设计了一系列环状类似物，旨在发现APJ的偏向激动剂。在设计的100多种肽中，MM07（109）被鉴定为G蛋白偏向的激动剂，其具有由两个半胱氨酸残基之间的二硫键桥形成的分子内大环。在β-arrestin募集试验中，MM07的效力比[Pyr1]apelin-13低约790倍，而在受体内吞试验中，MM07的效力低约215倍。在人类志愿者的前臂血流测试和大鼠心输出量实验中证实了MM07相对于[Pyr1]apelin-13的治疗优势，其支持APJ受体的偏向激动剂可以转化为体内功效的改善。

趋化因子受体

趋化因子受体也属于A类GPCR，它们与趋化因子（8-12kDa肽）结合。趋化因子受体家族在人类中含有24个成员，并且可以基于它们结合的趋化因子类别细分为四个亚家族：CCR1-10，CXCR1-7，CX3CR1和XCR1。趋化因子受体介导白细胞的转移，趋化因子受体的失调涉及自身免疫疾病，炎性疾病，病毒感染和癌症。迄今为止，针对该受体家族的两种药物已进入市场：用于治疗HIV感染的CCR5拮抗剂maraviroc和用于将癌症患者的造血干细胞动员进入血流的CXCR4拮抗剂plerixafor。目前，已经鉴定了超过50种趋化因子，并且已经描述了趋化因子和趋化因子受体之间的复杂网络。已经研究了这些趋化因子在趋化因子受体上的偏向特性，这可以部分解释该受体家族的配体冗余。

趋化因子受体CXCR3是用于治疗自身免疫疾病（例如，类风湿性关节炎，多发性硬化）和癌症的潜在药物靶标。对于CXCR3，负变构调节剂（NAM，112）的轻微结构修饰导致发现偏向于β-arrestin或G蛋白途径的化合物。化合物113，其被报道为CXCR3的第一个有偏向的NAM，其优先抑制CXCL11介导的β-arrestin2向CXCR3的募集，但不抑制G蛋白的活化。为了降低支架刚度并因此改善化合物的物理化学性质，右手上的苯部分如化合物114中那样变为柔性氟代氧代烷基链，该化合物对抑制G蛋白信号传导相对于β-arrestin募集显示出187倍的偏好。可以推断，结构相似的变构调节剂可以不同方向与CXCR3结合，这些方向引发不同的功能反应，导致信号转导偏向。

前列腺素EP2受体

前列腺素E2（PGE2）通过四个受体亚型（EP1-EP4）在各种组织中发挥各种各样的生物作用。EP2受体在炎症中起重要作用，并且是治疗各种CNS和外周疾病的潜在靶标。EP2受体通过G蛋白介导的cAMP信号传导调节脑中的有益神经保护作用；然而，β-arrestin介导的EP2受体信号传导的激活导致有害作用，例如肿瘤发生和血管发生。Ogawa等最近报道了他们对前列腺素受体偏向配体的研究结果。如图所示，前列环素类似物118显示出非常弱的EP2激动剂活性（在cAMP测定中EC50=8900nM）。用噻唑取代上部柔性烷基链以及从ω-链上除去15-羟基，得到有效的EP2激动剂119，其偏向于G蛋白途径（cAMP测定EC50=3.9nM，Emax=98％）并且远离β-arrestin途径（EC50 >10,000nM，Emax=38％）。调节环戊烷支架和苯氧基部分之间的连接基长度，得到短的ω链衍生物120，具有相似的偏置分布。围绕苯环的SFSR研究导致发现具有3-甲基-4-氯取代模式的化合物121，其在G蛋白测定中显示出增强的效力，维持对β-抑制蛋白募集的优异功能选择性。值得注意的是，如化合物122所示，在苯环中加入另一个甲基取代基，导致β-arrestin活性急剧增加（EC50=2.3nM，Emax=98％），因此功能选择性显着降低。121的环戊烷部分上的羟基的转化得到化合物123，其显示其G蛋白活性相对于121增加了5倍（EC50=0.14nM），而β-arrestin活性没有任何增加。这些结果得出结论，分子结构的细微修饰可导致配体偏向分布的显着变化。据报道，G蛋白偏向的EP2激动剂在兔和猴中显示出有效的眼内压降低作用。

内皮素肽通过与两种GPCR，ETA和ETB的相互作用介导它们的细胞作用。内皮素拮抗剂是用于治疗肺动脉高压（PAH）的批准药物。与其他GPCR一样，对这些受体的配体偏向特性已有研究。据报道，内源性配体ET-1，-2和-3的效力和功效在G蛋白依赖性隐静脉缩窄测定和β-arrestin募集测定中不同。ET-1（124）作为参考化合物，显示另外两种ET-2（125）和ET-3（126）是ETA的G蛋白偏向激动剂，虽然ET-3的效力要小得多。更重要的是波生坦（127）的偏向概况，波生坦是一种非选择性ETA/ETB拮抗剂，用于临床治疗PAH。结果发现，波生坦是ETA的β-arrestin偏向性拮抗剂，而在ETB则是平衡的。目前尚不清楚ET的β-arrestin偏向拮抗作用是否是其在治疗PAH的效果，但正如所指出的，ET-1刺激ETA介导的β-arrestin信号传导导致上皮性卵巢癌中NF-κB的激活，和β-arrestin1表观调节ET-1诱导的β-arrestin信号通路，因此β-arrestin途径在癌症中起重要作用。更好地了解信号通路肯定有助于针对ETA受体的进一步药物发现工作。

GPR109A受体

GPR109A（也称为羟基羧酸受体，HCAR2）是一种孤儿GPCR，被认为是负责烟酸生物效应的受体。烟酸（128），作为药物和饮食补充剂，主要用于降低甘油三酯和提高血浆高密度脂蛋白（HDL）。然而，烟酸会引起副作用，其中最常见的是面部潮红。Merck发现了一种G蛋白偏向的GPR109A激动剂MK-0354（129），它是烟酸的合成四唑生物电子等排体。与烟酸相比，MK-0354刺激未能诱导GPR109A活化后β-arrestin2的构象变化，而MK-0354不诱导β-arrestin1的募集。作为GPR109A的偏向激动剂，MK-0354已经在临床试验中进行了评估，但未能提高HDL水平。由此得出结论，烟酸改变HDL水平的机制是不依赖于GPR109A。然而，这个例子提供了进一步的证据，证明配体偏向GPCR（在这种情况下是GPR109A）激活可以将受体介导的G蛋白激活与已知的与β-arrestin通路相关的副作用（在这种情况下，潮红）分开。

鞘氨醇1-磷酸受体1（S1P1R）

S1P1R是治疗多发性硬化症的有效药物靶标。Fingolimod是S1P1R的调节剂，是第一种用于复发缓解型多发性硬化症的口服疗法。然而，它会导致心率（心动过缓）的剂量依赖性降低。选择性S1P1R激动剂的临床研究提示，在人体的心动过缓至少部分地是由S1P1R的激活介导的，因此针对靶点的副作用只能由偏向激动剂来避免。达尔等人报道了BMS-986104的发现，这是一种分化的S1P1R调节剂，可以改善副作用。如图所示，化合物130（磷酸芬戈莫德）和131（BMS-986104磷酸盐）在cAMP抑制，GTPγS结合，ERK磷酸化和受体内吞测定中都是高效的。与130相比，化合物131在内吞测定中显示较低的效力（Emax=68％对比130的100％），并且观察到它们之间在ERK磷酸化中的超过1400倍的效力差异（8.16nM对比0.0056nM）。另外，化合物131证实相对于ERK磷酸化，cAMP的偏向性（~1000倍）。在培养的人心肌细胞中，与化合物130相比，化合物131显示出较低的心率降低，BMS-986104已经进入人体临床试验。目前尚不清楚ERK磷酸化在S1P1R是否依赖于G蛋白或β-arrestin，但131的总体的差异功能特征可能有助于其优越的安全性。

神经降压素受体1（NTR1）

神经降压素的生理作用主要由NTR1介导，NTR1已被证明是中枢神经系统疾病（如精神分裂症和药物成瘾）和外周疾病（如癌症）的药物靶标。虽然大多数已知的NTR1激动剂是神经降压素的肽类似物，但也已报道了小分子激动剂。喹唑啉化合物132来自于HCS的筛选，其在初级测定中显示微摩尔的效力（EC50=5.9μM）。优化该化合物导致发现ML314（133），其中环丁基取代基被环丙基取代。ML314在HCS β-arrestin测定中显示出更高的效力（EC50=2.0μM），重要的是，ML314在Gq介导的钙流试验中没有反应，表明它完全偏向于β-arrestin信号传导。在动物研究中，ML314减弱多巴胺转运蛋白敲除小鼠中的苯丙胺样过度运动和甲基苯丙胺诱导的过度运动。

FPR2（也称为脂氧素A 4受体，ALXR）是一种混杂的GPCR，其可以被一系列配体激活，所述配体包括结构上不相关的脂质和肽或蛋白质。它是一种潜在的药物靶点，因为它涉及一系列正常的生理过程和病理性疾病。F2Pal10是一类脂化肽，将FPR2的EL3上的10个氨基酸的N-末端偶联到棕榈酸。与FPR2激动剂WKYMVM相比，F2Pal10在Gq介导的钙流测定中同样有效，但其对受体的激活不会导致β-arrestin募集，而WKYMVM是有效的激动剂（EC50=19 nM）。F2Pal10不能募集β-arrestin可能与受体内吞率降低和中性粒细胞趋化性受损有关。虽然由于其偏向性质的治疗优势尚未报道，但F2Pal10可以作为进一步研究FPR2功能的有用工具。

腺苷受体是内源性分子腺苷的GPCR，已经鉴定了四种亚型：A1AR，A2AAR，A2BAR和A3AR。腺苷受体在中枢和外周系统中发挥不同的作用，并且已经开发了许多它们的配体作为潜在的治疗药物。

A1AR是用于心脏的一个重要的药物靶标，但当前A1AR的药物因为心动过缓的副作用使其应用受到限制。Valant等人最近报道了人工设计的A1AR激动剂VCP746（136），其是包含与正变构调节剂连接的腺苷的杂合分子。相对于ERK1/2磷酸化，化合物VCP746偏向Gi介导的抑制forskolin刺激的cAMP积累，ERK1/2磷酸化被认为为非经典的下游信号通路，因为它可以是G蛋白依赖性和非依赖性的。通过使用R-PIA（137）作为参考化合物，使用激动剂转导系数log（τ/ KA）来评价化合物偏向性质。相对于ERK1/2磷酸化，VCP746对cAMP抑制显示33.9倍的偏差，而腺苷和VCP900（138）的这种偏差分别仅为1.5倍和2.0倍。在动物试验中，发现VCP746在天然A1AR表达的心肌母细胞和心肌细胞中保护免受缺血性损伤，并且不影响大鼠心房心率。鉴于G蛋白途径，β-arrestin途径和ERK1/2磷酸化之间的不确定关系，未来的研究需要更好地理解不同途径在受体整体功能中的作用。

迄今为止报道的大多数偏向配体靶向A类GPCR，而关于GPCR家族其他类别的文献仍然有限。其中，B类包含15种对肽激素有反应的GPCR，是许多用于治疗糖尿病和骨质疏松症的药物的靶标。B类GPCR共享所有GPCR共有的7TM结构，但它们还具有大的细胞外N末端，这对于配体识别和激活非常重要。与上述A类GPCR中的一些类似，对现有配体的重新评估揭示了一些B类受体的偏向性质。例如，肽（d-Trp 12，Tyr 34）-PTH（7-34）（PTH-barr）已被报道为甲状旁腺激素1型受体（PTH1R）的偏向激动剂，其激活β-arrestin而不是典型的G蛋白信号传导，因此充当β-arrestin偏向的激动剂。在小鼠中，PTH-barr诱导骨形成的合成代谢，其作用在β-arrestin2-null小鼠中消失。

胰高血糖素样肽1受体（GLP-1R）是B类GPCR，其在2型糖尿病和肥胖的病理生理学中起非常重要的作用，并且作为药物靶标受到广泛关注。在G蛋白和β-arrestin功能测定评估后，已经报道了该受体的几种已知激动剂和正变构调节剂（PAM）作为偏向配体。例如，相对于内源性配体GLP-1，Oxymtomodulin（151）和Exendin-4（152）都偏向于ChoFlpIn细胞中的β-arrestin募集。当测试G蛋白介导的和β-arrestin介导的活性时，GLP-1R的PAM，例如BETP和Boc5，也显示出偏向性质。

通过基于高通量肽文库筛选发现了G蛋白偏向的GLP-1R激动剂P5（153）。已显示P5促进与GLP-1和exendin-4相当的G蛋白信号传导，但显示出显着降低的β-arrestin反应。它是一种弱胰岛素促分泌剂，但在遗传和饮食诱导的肥胖小鼠中表现出优异的抗高血糖功效。P5和exendin-4之间的结构差异在N末端，其中exendin-4的前8个残基被去除，并且附加了新的氨基酸。

虽然G蛋白偏向型激动剂P5在动物模型中显示功效，并支持G蛋白偏向激动剂可作为T2D的新疗法的观点，但据报道β-arrestin1的募集促进β细胞增殖并保护β细胞凋亡。因此，GLP-1R的β-arrestin偏向激动剂的发现也可为T2D提供潜在的治疗方法。通过掺入非天然氨基酸修饰GLP-1肽，Hager等人最近报道了GLP-1R的一系列β-arrestin偏向激动剂。与A类相比，B类GPCR被认为对配体发现更具挑战性，因为它们具有激活受体所需的大的细胞外结构域。最近解决的GLP-1R结构提供了关于B类GPCR的配体识别和激活机制的非常详细的信息，并且将促进针对该重要受体家族的未来配体设计工作。有必要进一步研究偏向配体及其在B类GPCR中的治疗潜力。

mGluR与主要的兴奋性神经递质谷氨酸结合并调节CNS中的突触传递。在谷氨酸对mGluR活化的许多影响中，最近在表达mGlu1R的CHO细胞中报道了细胞保护作用。谷氨酸（157）和天然化合物quisqualate（158）均激活mGlu1R，如测量的在Gq介导的PI水解测定中，后者更有效（EC50=16μM和0.63μM）。然而，只有谷氨酸显示出对营养剥夺条件诱导的细胞凋亡的神经保护作用（EC50=153μM）。细胞保护作用与持续的ERK磷酸化作用相关，这种作用不依赖于G蛋白，但与瞬时ERK磷酸化无关，后者被认为是G蛋白介导的。此外，进一步的研究表明，β-arrestin1在谷氨酸的细胞保护作用中起作用。

C类GPCR（即VFD结构域）的独特结构特征和正构和变构配体的独特结合位点（正构激动剂与VFD结合，而变构调节剂结合TM结构域）使得配体偏向的结构基础在这些受体上更加难以捉摸。通过诱变研究已经鉴定了与上述化合物的观察到的偏向性质相关的一些关键残基。例如，在mGlu1R的例子中，Thr188对于G蛋白介导的信号传导是关键的，而Arg323和Lys409残基是β-arrestin1介导的作用所必需的。对于CaSR，天然存在的R680G突变通过破坏Arg680（在TM3上）和Glu767（在EL2上）之间的盐桥选择性地增强β-arrestin信号传导。此外，我们对每个信号通路发挥的独特生理作用的理解仍处于非常早期阶段。具有更好的功能选择性特征的更偏向的调节剂的发现将促进每种信号传导途径的功能研究，并提供鉴定更好的治疗药物的机会。

（1）作用机制

在大多数情况下，特定疾病的病因非常复杂，并且可能涉及许多受体，蛋白质和信号传导途径。在涉及GPCR的情况下，它通过多个效应器发出信号并导致下游信号事件的各种变化。如上面针对大多数GPCR所讨论的，尚不清楚哪种信号传导途径在治疗上是最重要的。β-arrestin的基因敲除是研究给定GPCR的β-arrestin信号传导的作用的常用方法，并把偏向配体作为有效的工具。尽管本文中已经报道了许多GPCR的偏向配体，但对于大多数GPCR而言，仍然缺少用于研究信号传导途径的理想工具化合物。

（2）功能分析

由于易于操作，诸如测量钙或cAMP水平的二级信使测定已广泛用于药物发现程序中以检测G蛋白途径活性，并且β-arrestin活化通常通过蛋白质的易位来测量。然而，大多数时候，模型细胞（例如，CHO或HEK-293细胞）上的工程化受体的过表达对于放大信号和能够进行检测是必要的，但其不能完全复制天然生物学条件。因此，在额外的细胞模型（例如，神经元，癌症）中证明配体偏向可能是预测生理状况所必需的。

（3）信号偏向的量化

偏向因子对于GPCR偏向配体的SFSR研究非常重要，但是对于报道的配体它们通常是缺失的，或者如上面列出的许多实例所见，它们是不可计算的。可以说，最广泛接受的偏向因子量化方法是基于转导系数（τ/ KA）的计算，其中log（τ/ KA）的值反映了配体的活性。特异性途径，可以标准化为参考化合物，得到Δlog（τ/ KA），并进一步与其在另一个信号通路中的活性进行比较，给出ΔΔlog（τ/ KA），从中可以计算偏向因子。重要的是，参考化合物的选择是至关重要的，因为当选择不同的参考化合物时，结果可能不同。所有这些问题都增加了复合评估的数据处理步骤的复杂性。

（4）GPCR配体的多参数优化

对于药物化学家来说，除了配体亲和力，功效，脱靶活性，物理化学和ADMET特性等之外，配体偏向是在GPCR配体上工作时必须考虑的额外参数。从以上实施例可以看出，GPCR配体的细微结构修饰通常导致化合物的功能选择性的显着变化。与SAR数据相比，SFSR结论更难以总结和解释并增加GPCR靶向药物发现的挑战。

偏向激动或功能选择性为更精确的GPCR功能调节提供了机会，因此为治疗提供了增强的功效和/或减少的不良副作用。偏向配体作为新一代药物的优点已经在几种GPCR中通过人临床试验中的研究药物例如TRV130进行了例证，其正在等待FDA批准。事实上，有偏向的激动作用已成为GPCR药物发现的主要范例。然而，值得注意的是，配体在特定受体上的偏向性质可能不一定总是在治疗上有利，但是应该考虑到。

在大多数情况下，配体的非常小的结构修饰可导致显着的改变或甚至逆转配体偏向性质。其中的基本原因包括给定配体样品的GPCR配体结合口袋的相对高的保守性质，其可导致有利的活性GPCR构象，G蛋白活化优选状态或β-arrestin募集优选状态。虽然结晶的GPCR数量仍然相当有限，偏向配体的开发将导致更准确地“捕获”GPCR的偏向状态，这反过来将导致偏向配体设计的更好进展。GPCR信号传导的结构和功能方面的进展将导致偏向配体作为剖析与疾病相关的GPCR相关的信号传导途径的新工具，并最终将导致新一代GPCR靶向药物。

Biased Ligands of G Protein-Coupled Receptors (GPCRs): Structure-Functional Selectivity Relationships (SFSRs) and Therapeutic Potential. J Med Chem. 2018 Nov 21;61(22):9841-9878.