TAAR1在许多非嗅觉组织中广泛表达，可通过识别一系列不同的EAM激活多种G蛋白亚型。研究人员分析了小鼠TAAR1（mTAAR1）和人类TAAR1（hTAAR1）在不同EAM或临床药物刺激下的G蛋白亚型偶联效率。他们发现，三甲胺（TMA）能够激活所有三种G蛋白亚型（包括Gs、Gq和Gi1）。临床药物SEP以及β-苯乙胺（PEA）等痕量胺仅通过mTAAR1/hTAAR1激活Gs信号通路，而环己胺（CHA）仅能激活Gq信号通路（图1）。

有意思的是，在MK-801诱导的精神分裂症样小鼠模型中，他们发现不仅SEP能减轻精神分裂症的表型，CHA和TMA等也能够缓解疾病症状（图1）。因此他们假设，除了Gs信号通路外，Gq介导的TAAR1激活也有利于精神分裂症的治疗。此外，CHA对精神分裂症的有益作用在Taar1^-/-小鼠（赛业生物提供）上大大减弱，在使用Gq抑制剂YM-254890后也大大减弱。这些结果表明，TAAR1下游的Gq激活在MK-801诱导的精神分裂症模型中发挥有益作用，而Gq和Gs通路的联合激活可能具有更好的治疗潜力。

图1 TAAR1的不同激动剂对精神分裂症的作用^[1]

接下来，研究人员通过冷冻电镜解析了与SEP、TMA、PEA和CHA结合的hTAAR1-或 mTAAR1-Gs/Gq复合物的结构。他们发现了胺类识别的结合口袋（PARP）。在PARP内部，保守的D102^3.32与TMA、CHA、PEA和SEP的氨基基团形成氢键。Y291^7.43与D102^3.32形成桥连来稳定潜在的氢键网络。在口袋底部，W261^6.48和F264^6.51形成“双”拨动开关，直接与配体接触（图2）。

此外，与只占据PARP的TMA相比，CHA、PEA和SEP激动剂中还存在额外的环状结构，揭示出第二结合口袋（SBP）（图2）。突变数据和结构分析显示PARP和SBP均介导TAAR1的激活，揭示了TAAR1不同于嗅觉TAAR的配体结合域。

图2 TAAR1的胺类识别口袋和第二结合口袋^[1]

与Gq特异性激动剂CHA相比，两种Gs选择性激动剂SEP和PEA与TAAR1的特定氨基酸之间形成了额外的相互作用，包括S106^3.36、Y153^4.56、P183^ECL2和Y291^7.43。重要的是，这些残基的突变会大大影响SEP和PEA的Gs活性。因此，研究人员推测激动剂与PARP中S106^3.36-Y291^7.43以及与SBP中Y153^4.56-P183^ECL2的相互作用可能有助于Gs的特异性激活。

同时，他们还发现I103^3.33A、F185^ECL2A或F265^6.52A的突变会削弱PEA、SEP或CHA激活时mTAAR1下游的Gs和Gq活性。因此，Gs/Gq双效激动剂的设计可能需要利用这三个关键位点。此外，他们还比较了mTAAR1-Gs/Gq复合物在结构上的差异，为后续双重激动剂的开发提供了信息。

研究人员接着在mTAAR1配体结合口袋中开展了基于结构的多级虚拟筛选，以鉴定小分子激动剂。他们设计了“区域接触划分”策略，以S106^3.36和Y291^7.43作为必需接触残基，并选择与I103^3.33、F185^ECL2或F265^6.52相互作用，以此来开发具有Gs和Gq活性的mTAAR1激动剂。通过虚拟筛选和生化分析，他们发现了TAAR1的Gs偶联激动剂ZH8667、Gq偶联激动剂ZH8659以及Gs/Gq双重激动剂ZH8651（图3）。ZH8651能够激活mTAAR1和hTAAR1的Gs/Gq信号通路，亲和力均在nM级别。

之后，他们在MK-801诱导的小鼠模型上评估了激动剂ZH8659和ZH8651的效果。他们发现，SEP的单独给药会显著抑制小鼠的基础运动，相比之下，ZH8659或ZH8651不会引起基础活动减少，表明服用高剂量的ZH8659或ZH8651是安全的。单次口服ZH8659或ZH8651可显著改善MK-801诱导的小鼠精神分裂样症状。而在Taar1^-/-小鼠中，ZH8659和ZH8651对精神分裂症的有益作用大大减弱。

图3 通过基于结构的虚拟筛选和候选化合物设计发现TAAR1的激动剂^[1]

总的来说，这项研究系统分析了小鼠和人类TAAR1在不同胺类代谢物或临床药物作用下的G蛋白亚型激活特征。结构分析揭示了共同的胺类识别结合口袋PARP和第二结合口袋SBP。同时，研究人员还采用基于结构的虚拟筛选和候选化合物设计，开发出一种有效的TAAR1双重激动剂ZH8651，在MK-801诱导的精神分裂症样小鼠模型中表现出治疗潜力。