2024年7月16日，臨床前生物技術(shù)公司Courage聯(lián)合創(chuàng)始人Roger Cone博士在《臨床研究雜志（the Journal of Clinical Investigation）》上發(fā)表了題為“Subthreshold activation of the melanocortin system causes generalized sensitization to anorectic agents in mice”的研究。研究結(jié)果驗(yàn)證了GLP1RA和MC4R激動(dòng)劑藥物之間的協(xié)同作用，表明低劑量的MC4R激動(dòng)劑可以顯著改善GLP1RA藥物的劑量反應(yīng)性，從而減少食物攝入并通過一種新機(jī)制推動(dòng)減肥，這種新機(jī)制可以在不增加副作用的情況下提高GLP1RA減肥效果。那MC4R究竟是什么？它在減肥過程中又扮演著什么樣的角色呢？

1、MC4R與黑皮質(zhì)素受體家族

黑皮質(zhì)素4受體( MC4R)是黑皮質(zhì)素受體家族成員之一，其家族成員還包括：MC1R、MC2R、MC3R和MC5R。該家族也是GPCR 超家族中具有重大治療前景的一個(gè)亞家族，屬于視紫紅質(zhì)樣A類GPCR。黑皮質(zhì)素受體 (MC1R-MC5R) 位于多種細(xì)胞類型上，并遍布大多數(shù)身體系統(tǒng)。MC1R和MC3R位于免疫細(xì)胞和相關(guān)的結(jié)構(gòu)和支持細(xì)胞上，是直接影響免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵受體。MC1R和MC3R與配體結(jié)合激活后，二者既能提供直接的抗炎作用，又能刺激促消退作用。MC4R主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，在食物攝入等代謝的中樞調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。MC5R存在于外分泌腺中，由眼部中的某些免疫活性細(xì)胞亞型表達(dá)。MC2R主要在腎上腺中表達(dá)，腎上腺的刺激與皮質(zhì)醇的釋放直接相關(guān)。

2、MC4R的結(jié)構(gòu)與功能

MC4R在人類中由位于18q21.32的MC4R基因編碼，它編碼MC4R蛋白，這是一種與α-黑素細(xì)胞刺激激素(α-MSH)結(jié)合的G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)。與其他GPCR家族成員一樣，MC4R蛋白也擁有七個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域。這些跨膜結(jié)構(gòu)域長(zhǎng)度預(yù)計(jì)在21到27個(gè)氨基酸之間，由三個(gè)細(xì)胞外環(huán)和三個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)連接，具有細(xì)胞外N端和細(xì)胞內(nèi)C端。細(xì)胞外環(huán)（環(huán)2、4和6）長(zhǎng)度在17到5個(gè)氨基酸之間。細(xì)胞內(nèi)環(huán)（環(huán)1、3和6）長(zhǎng)度在12到33個(gè)氨基酸之間[1]。

Figure 1. The Location of MC4R gene (A) and the structure of MC4R protein (B) [1] (The gene location is derived from WIKIPWDIA)

如前所述，MC4R主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，是一種存在于大腦中控制食物攝入和能量平衡神經(jīng)元上的受體，在調(diào)節(jié)食欲、飲食行為和體重方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。大腦中MC4R的激活通常會(huì)導(dǎo)致食物攝入量減少、能量消耗增加。相反，抑制MC4R則會(huì)導(dǎo)致食物攝入量增加、能量消耗減少。

3、黑皮質(zhì)素-4受體MC4R信號(hào)通路

MC4R涉及的信號(hào)通路主要包括瘦素-黑皮質(zhì)素通路、G蛋白信號(hào)通路、β-ARRESTIN通路和Ca²⁺調(diào)節(jié)途徑。這些信號(hào)通路都與肥胖和能量代謝相關(guān)。

Figure 2. MC4R signaling pathways (A: Leptin melanocortin pathway [2]; B: G-protein signaling pathway[3]; C: β-arrestin signaling pathway[3]; D: Ca²⁺ regulated pathway[3])

3.1、瘦素-黑皮質(zhì)素通路

在飽食狀態(tài)下，脂肪組織會(huì)分泌瘦素，并激活弓狀核中的瘦素受體(LEPR)；瘦素與瘦素受體結(jié)合會(huì)刺激表達(dá)阿片黑皮質(zhì)素原(POMC)神經(jīng)元分泌α-黑素細(xì)胞刺激激素（α-MSH）；α-MSH會(huì)結(jié)合并激活位于室旁核(PVN)中的MC4R，產(chǎn)生飽腹感信號(hào)，從而減少食欲，并產(chǎn)生增加能量消耗的信號(hào)；同時(shí)，MC4R可以抑制AgRP/NPY分泌MC4R反向激動(dòng)劑刺風(fēng)相關(guān)蛋白(AgRP)，該肽由弓狀核中的神經(jīng)肽Y（NPY）神經(jīng)元表達(dá)。而缺乏食物會(huì)誘導(dǎo)NYP/AgRP表達(dá)增加，從而產(chǎn)生饑餓信號(hào)[2]。

3.2、G蛋白信號(hào)通路

經(jīng)典Gs通路和環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的生成已被廣泛研究用于肥胖相關(guān)/能量平衡問題，并且其機(jī)制已被相當(dāng)了解。G蛋白是復(fù)雜的異三聚體鳥嘌呤結(jié)合蛋白，具有Gα、Gβ和Gγ亞基。α-MSH與MC4R結(jié)合導(dǎo)致G蛋白活化，αβγ-亞基解離成α-/βγ-亞基。解離的Gαs使腺苷酸環(huán)化酶(AC)活化，繼而將ATP轉(zhuǎn)化為環(huán)磷酸腺苷(cAMP)；cAMP會(huì)進(jìn)一步激活無(wú)活性的蛋白激酶A（PKA），后者轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，通過磷酸化CREB激活轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB），從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[3]。

3.3、β-ARRESTIN通路

β-ARRESTIN通路是最近提出來(lái)參與MC4R調(diào)節(jié)，主要是針對(duì)MC4R突變引起的功能喪失/功能獲得(GoF)。導(dǎo)致GoF的突變可能是利用了β-arrestin信號(hào)傳導(dǎo)，尤其是那些與降低肥胖相關(guān)疾病風(fēng)險(xiǎn)的突變。有研究表明，MC4R突變有助于募集β-arrestin，尤其是V103I和I251L。突變的MC4R與其激動(dòng)劑（如α-MSH或α-MSH類似物）結(jié)合后，可誘導(dǎo)受體構(gòu)象發(fā)生變化，從而影響配受體間的結(jié)合。這種影響可能是通過強(qiáng)化配受體間的結(jié)合使MC4R不能內(nèi)化至細(xì)胞內(nèi)或者是加快MC4R再循環(huán)，從而使MC4R在質(zhì)膜上保留更長(zhǎng)時(shí)間；這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP、PKA和cAMP調(diào)節(jié)鳥苷酸交換因子(Epac)增加[4][5]。

3.4、Ca²⁺調(diào)節(jié)途徑

Ca²⁺是配體與MC4R結(jié)合的輔助因子。Ca²⁺可與α-MSH一起激活MC4R，從而誘導(dǎo)內(nèi)向整流鉀通道(KIR7.1)關(guān)閉以保持細(xì)胞內(nèi)鉀水平，這會(huì)導(dǎo)致整體的厭食效應(yīng)，表現(xiàn)為飽腹感增強(qiáng)和食物攝入量減少。相反，AgRP可打開KIR7.1，導(dǎo)致K+流至細(xì)胞外，從而促進(jìn)食欲[6][7][8]。

4、靶向MC4R藥物臨床研究進(jìn)展

不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球靶向MC4R在研藥物共計(jì)32款，其中有2款獲批上市，4款處于臨床階段，12款處于臨床前階段，7款已終止，7款處于無(wú)進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。涉及多種藥物類型，包括小分子化藥、合成多肽、生物藥、CAR-T等，其中以小分子化藥占比最高，合成多肽占比第二。

4.1、已上市的靶向MC4R藥物

目前靶向MC4R的藥物有2款已獲批上市，二者都是合成多肽。Setmelanotide Acetate（又稱為塞美拉肽），由Rhythm Pharmaceutical公司研發(fā)，于2020年底獲批上市，是MC4R單靶點(diǎn)激動(dòng)劑，此前已獲得FDA批準(zhǔn)的罕見肥胖癥突破性藥物，獲批的適應(yīng)癥為Alstrom綜合癥、惡病質(zhì)、缺乏瘦素、糖尿病、肥胖、遺傳疾病等。Bremelanotide（又稱為布美諾肽），由美國(guó)Palatin Technologies公司研發(fā)，于2019年獲批上市，批準(zhǔn)用于治療絕經(jīng)前婦女的全身性性欲減退癥（HSDD）。Bremelanotide是MCR激動(dòng)劑，對(duì)多種受體亞型有非選擇性的激活作用，其活性依如下順序遞減：MC1R>MC4R>MC3R>MC5R>MC2R，在治療劑量范圍內(nèi)，布美諾肽與MC1R及MC4R的結(jié)合率與劑量呈正相關(guān)。

4.2、處于臨床階段的靶向MC4R藥物

目前處于臨床階段的靶向MC4R藥物共有4款，其中，Rhythm Pharmaceuticals有兩款，LB54640和RM-718分別處于臨床2期和臨床1期，二者均為NC4R激動(dòng)劑；Pfizer有一款PF-07258669處于臨床1期，是一種MC4R拮抗劑；Endevica Bio有一款TCMCB-07處于臨床1期，是一種MC4R拮抗劑。

LB54640是由LG Chem自主研發(fā)的一款口服MC4R激動(dòng)劑，主要用于治療罕見遺傳性肥胖癥。2024年1月，LG Chem宣布向Rhythm Pharmaceuticals轉(zhuǎn)讓LB54640的全球開發(fā)及銷售權(quán)許可，項(xiàng)目預(yù)付款為1億美元，總合同規(guī)模達(dá)3.05億美元。目前，該藥正在針對(duì)下丘腦性肥胖癥患者開展2期臨床試驗(yàn)（NCT06046443）。該研究計(jì)劃招募28名先天性及后天性下丘腦功能受損、難以控制食欲、12歲以上的下丘腦性肥胖癥患者。研究將分析受試者服用藥物第14周時(shí)的體質(zhì)指數(shù)（BMI）變化值，以及長(zhǎng)期服用52周之后的藥物安全性等。試驗(yàn)從2024年7月11日開始，預(yù)計(jì)到2026年初結(jié)束。除了LB54640，Rhythm Pharmaceuticals還同步在臨床上推進(jìn)具有更高選擇性的RM-718激動(dòng)劑項(xiàng)目（NCT06239116）。

PF-07258669是由輝瑞開發(fā)的一款強(qiáng)效、選擇性MC4R拮抗劑，在老年大鼠惡病質(zhì)模型中具有顯著的藥效，輝瑞分別在美國(guó)和比利時(shí)開展臨床I期試驗(yàn)（NCT04628793和NCT05113940）。

TCMCB07是由Endevica Bio開發(fā)的一款用于治療惡病質(zhì)的MC3R/MC4R拮抗劑候選肽，可穿過血腦屏障并作用于以前無(wú)法進(jìn)入的靶受體，以調(diào)節(jié)身體對(duì)慢性疾病的行為和代謝反應(yīng)。2022年11月，Endevica Bio宣布TCMCB07治療惡病質(zhì)的Ⅰ期單劑量遞增（SAD）試驗(yàn)中，取得了初步積極成果。該研究旨在評(píng)估TCMCB07在健康志愿者中的安全性、耐受性和藥代動(dòng)力學(xué)。多劑量遞增（MAD）試驗(yàn)正在進(jìn)行，預(yù)計(jì)將于2022年12月底完成。

4.3、臨床無(wú)進(jìn)展&終止的靶向MC4R藥物

目前在臨床階段終止的靶向MC4R藥物共有4款，臨床階段無(wú)進(jìn)展的有2款。其中，AstraZeneca的AZD-2820是因在Ⅰ期實(shí)驗(yàn)中發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng)，于2012年宣布停止開發(fā)。

此外，還有12款處于臨床前階段，詳情如下表所示：

5、締碼生物全長(zhǎng)MC4R活性蛋白助力藥物研發(fā)

締碼生物科技有限公司是一家專注于可成藥靶點(diǎn)臨床前研發(fā)產(chǎn)品和服務(wù)的生物技術(shù)公司。締碼生物利用自主研發(fā)的Synthetic Nanodisc膜蛋白表達(dá)技術(shù)平臺(tái)已開發(fā)出全長(zhǎng)的人MC4R蛋白。與市面上大多數(shù)MSP（膜支持蛋白）Nanodisc不同，締碼生物研發(fā)的Synthetic Nanodisc是基于真核表達(dá)系統(tǒng)，能直接從完整的細(xì)胞中制作。在這個(gè)過程中，使用的合成高分子具有雙重功能。首先，它溶解細(xì)胞膜，類似于洗滌劑，然后利用天然細(xì)胞磷脂在膜蛋白周圍形成納米盤結(jié)構(gòu)?？缒さ鞍卓烧系絅anodiscs中。

目前，締碼生物已利用Nanodiscs全長(zhǎng)膜蛋白平臺(tái)開發(fā)了數(shù)百種膜蛋白，點(diǎn)擊這個(gè)可查看所有膜蛋白。

Human MC4R full length protein-synthetic nanodisc (FLP100122)

[left] Human MC4R-Nanodisc, Flag Tag on SDS-PAGE.
[Right] ELISA plates were pre-coated with Flag Tag MC4R-Nanodisc (0.2μg/per well). The EC50 for anti-Flag monoclonal antibody binding with MC4R-Nanodisc is 1.957ng/ml.

此外，基于締碼生物單B細(xì)胞抗體發(fā)現(xiàn)、締碼功能膜蛋白開發(fā)、抗體工程改造與功能驗(yàn)證平臺(tái)，締碼生物還可提供多種屬蛋白抗體定制服務(wù)、抗體人源化親和力成熟服務(wù)及先導(dǎo)分子發(fā)現(xiàn)服務(wù)。具體服務(wù)詳情，歡迎致電垂詢。

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