主要的G蛋白偶联受体（GPCR）代表了跨膜（TM）蛋白中最大的超家族，表现出复杂的信号传导行为。GPCR可以与G蛋白或其他效应因子相互作用，例如逮捕素和激酶，介导G蛋白独立的途径，从而产生多样的生理反应。已经识别并分类超过800个人类GPCR，分为五个家族：A、B1、B2、C和F。尽管已知C家族的谷氨酸样受体为强制二聚体，主要通过维纳斯捕蝇草的细胞外结构介导，但其他家族的二聚化尚未得到很好描述。在过去的几十年中，许多研究表明A家族的视紫红质样受体也可以形成二聚体，但将其生理相关的四级结构和功能角色进行界定仍然是该领域长期追求的目标。最近对视紫红质、阿佩林受体（APJR）和GPR3的冷冻电子显微镜（cryo-EM）研究提供了这些A家族GPCR二聚化的直接证据。与C家族受体相比，A家族受体通常没有大的细胞外结构，因此主要通过TM相互作用形成二聚体。尽管对潜在的A家族二聚体进行了广泛研究，但其生理相关性仍存在争议。开发能够稳定A家族受体二聚体的配体仍然是一个挑战，可靠地重现这些二聚体并全面研究其功能、生化和生物物理特性也很困难。我们之前识别出一类选择性针对β2肾上腺素受体（β2 AR）的负变构调节剂（NAM），展现出对β-逮捕素招募的偏倚抑制，并对刺激性G蛋白（G s ）介导的cAMP生成影响甚微。通过全面的构效关系研究，我们开发了AP-7-168（以下简称AP），这是一种具有高效能和偏倚效应的化合物。与β2 AR耦合后，G s 的激活触发下游cAMP信号通路，导致许多生理效应，包括呼吸道平滑肌的松弛，这是使用β2 AR激动剂治疗哮喘和慢性阻塞性肺疾病等呼吸道疾病的核心机制。然而，经过长时间的激动剂刺激后，β2 AR通过逮捕素介导的G s 耦合和受体内吞作用发生脱敏，从而导致支气管扩张效应减弱。我们的离体组织测定表明，AP有效维持激动剂诱导的β2 AR激活及随后的支气管扩张，同时显著延迟受体的脱敏，突显了其潜在的临床价值。尽管这些发现令人鼓舞，但AP调节β2 AR功能的分子机制仍不清楚，这对AP作为治疗剂的进一步开发和优化构成了相当大的障碍。在这里，我们结合冷冻电子显微镜和多种生化与生物物理方法，展示了AP作为分子胶的功能，通过稳定β2 AR同源二聚体，进而改变下游的信号传导行为。这些发现揭示了β2 AR中的变构调节机制，可能对A家族GPCR的药物开发产生广泛的影响。AP结合的β2 AR结构测定如图1a所示，AP及其母体化合物2,4-二氟苯基喹唑啉（DFPQ）的药效团以具有2-和4-氨基取代的喹唑啉环为特征。AP在2-氨基位置具有3,4-二氟苯基基团，在4-氨基位置具有环己烷取代基，在喹唑啉环的6-位有一个溴原子。AP在表达β2 AR的细胞中表现出偏倚的NAM效应，在刺激接近饱和剂量的完全β激动剂异丙肾上腺素（ISO）（1 µM）后，其抑制β-逮捕素-2招募的效力约为抑制cAMP生成的1,000倍。为了解释这种偏倚抑制背后的分子机制，我们寻求确定AP结合的β2 AR的结构。图1：冷冻电子显微镜结构显示AP作为一个β-逮捕素偏向的NAM，介导β2 AR的二聚化。a，AP的化学结构。喹唑啉环上的原子编号如图所示。b，AP对在1 µM ISO刺激下HEK细胞中β-逮捕素招募（红）和cAMP生成（黑）的剂量依赖性效果。AP对β-逮捕素招募的IC50约低930倍。数据为均值±标准误差，已归一化为ISO单独对照。n = 3个独立实验。UV 280，280 nm的紫外测量；V，体积。c，在细胞膜上处理AP的β2 AR与随后添加AP的去污剂溶解β2 AR的SEC谱图（红色与黑色）。