前言
2021年4月10日，意大利卡拉布里亚大学药学、健康和营养科学院的Francesca Aiello教授在JMC上发表综述，阐述了GPR120激动剂的相关发现及其在II型糖尿病治疗中的作用，并对已报道的GPR120激动剂进行构型关系讨论。
介绍
II型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种由胰岛素分泌相对匮乏或胰岛素抵抗导致血糖升高的代谢性疾病。经典的T2DM治疗药物包括双胍类、磺酰脲类、噻唑烷二酮类、二肽基肽酶-IV(Dipeptidyl-peptidase-IV, DPP-IV)抑制剂、钠-葡萄糖协同转运蛋白2(sodium-glucose cotransporter-2, SGLT-2)抑制剂、胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1, GLP-1)受体激动剂。T2DM治疗药物能够通过增强GLP-1的留存时间以及抑制胰腺β细胞凋亡，进而控制血糖而不引起低血糖副作用。一直以来，以合适的食物作为治疗药物也是一种重要的T2DM治疗策略。研究表明，食用油是重要的代谢性疾病治疗成分，食用油中的游离脂肪酸(Free fatty acids, FFAs)及其酯不仅是机体必需的营养物质，而且作为信号分子参与多种细胞进程。游离脂肪酸可分为短链脂肪酸(Short chain fatty acids, SCFAs)，碳链中C原子数小于6的脂肪酸；中链脂肪酸(Medium chain fatty acids, MCFAs)，碳链中C原子数为7-12的脂肪酸；长链脂肪酸(Longchain fatty acids, LCFAs)，碳链中C原子数大于12的脂肪酸。根据所含不饱和键的数量不同，又可分为饱和、单不饱和、多不饱和脂肪酸(PUFAs)。
G蛋白偶联受体(G-proteincoupled receptor, GPCR)是人类基因组中最大的受体蛋白家族，是由7个跨膜螺旋(Transmembrane helical domains, TMDs 1-7)通过3个膜外环和3个膜内环连接而成的跨膜受体蛋白。游离脂肪酸作为几种GPCR的特异性配体，包括了GPR40(FFAR1)、GPR41(FFAR3)、GPR43(FFAR2)、GPR120(FFAR4)，其中MCFAs 和LCFAs能够激活GPR40和GPR120，GPR41和GPR43则能被SCFAs激活。GPR40是游离脂肪酸受体(FFAR)中第一个“脱孤”的孤儿受体(指编码基因与某一类受体家族成员具有同源性，但其内源性配体尚未发现的受体)，在胰腺β细胞中高表达，是一种胰岛素分泌促进因子。目前对于GPR41和GPR43的研究较少。GPR120自发现以来备受研究，其“脱孤”化证明了游离脂肪酸能够激活GPR120，促进肠降血糖素的分泌，GPR120已成为T2DM治疗的重要靶点。
GPR120的结构特征及其作用机制
人类GPR120的编码基因位于第10号染色体短臂(10q23.33)上，GPR120由经典的七重跨膜螺旋(TMDs1-7)组成，其中TMD2顶部的Arg99和TMD4顶部的Arg178是其活性位点，能与激动剂相互作用而产生GPR120激动活性。人GPR120包含短亚型(GPR120S，361个氨基酸组成)和长亚型(GPR120L，377个氨基酸组成)两种剪接变体，两者的主要区别在于GPR120L第三个细胞内环的第231到247位氨基酸残基之间多出16个氨基酸，具有不同的信号传导特性(图1蓝色方块)。
G蛋白是一种三聚体蛋白，能与鸟苷二磷酸（GDP）结合，具有GTP水解酶活性的一类信号传导蛋白，能与不同的受体偶联参与细胞的信号传导，进而发挥不同的生物学效应。G蛋白由α、β、γ三个亚基组成，根据α亚基的不同，G蛋白通常分为Gi、Gs、Gq、G12/13四个亚家族，其中Gq亚家族包括Gq、G11、G14和G15/16四个成员，其相应的α亚基分别称为Gαq、Gα11、Gα14和Gα15/16。
图： GPR120的作用机制
GPR120S能够偶联Gq/G11，激活细胞外信号调节激酶1/2(Extracellular-signal-regulated kinase 1/2, ERK1/2)、磷脂酰肌醇激酶(Phosphoinositide 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(Akt)、Ca2+动员等通路，进而调控下游相关信号的传导；同时GPR120S也能与β-arrestin偶联，介导受体脱敏等过程。GPR120L则失去了Gq/G11的偶联能力，保留了激活β-arrestin通路的能力，β-arrestin是一类介导受体脱敏的蛋白，主要包括β-arrestin 1和β-arrestin 2，参与大部分GPCRs信号传导过程的调控。GPR120L能够募集β-arrestin蛋白，进而发生内化(受体蛋白通过质膜凹陷从而脱离细胞膜进入细胞质的过程，内化后受体失活)和降解，介导受体脱敏过程，参与炎症的调控。GPR120的磷酸化发生于受体胞内C端尾部的系列丝氨酸和苏氨酸聚集区域，分别称为Cluster1(Thr347、Thr349、Ser350)和Cluster1(Ser357、Ser36)。这些过程主要与炎症性疾病、肥胖和胰岛素抵抗有关。
GPR120的生理功能及在T2DM中的作用
GPR120参与了多种细胞过程，具有多种生理功能，包括神经保护作用、抗增殖、伤口愈合、食欲控制及肠道激素分泌调节、脂肪生成调控、抗炎、抗糖等功能。
1. GPR40、GPR41、GPR43、GPR120的代谢功能
GPR40、GPR41、GPR43、GPR120在人体中参与了复杂的生理过程。其中GPR41和GPR43通常被SCFAs激活，参与相关的代谢功能调控。GPR41和GPR43参与GLP-1的分泌调控，激活GPR43可以改善葡萄糖刺激的胰岛素分泌(Glucose-stimulatedinsulin secretion, GSIS)，而GPR41在GSIS中的激活是有限的，且两者在T2DM中的作用研究很少。GPR40和GPR120仅有10%的同源性，但但两者游离脂肪酸配体类似，GPR40可促进胰腺的胰岛素分泌和肠内分泌细胞的GLP-1分泌。GPR120参与了多种生物学过程，包括促进肠内分泌细胞的GLP-1分泌，抑制生长激素释放肽（ghrelin）的分泌，刺激脂肪细胞摄取葡萄糖，促进胰腺β细胞存活，抑制巨噬细胞释放促炎因子。
2. GPR120的“脱孤”
图：GPR120配体
2003年GPR120被确认为一种新的视紫红质样GPCR，2005年，Hirasawa等从1000多个化合物中筛选出GPR120的配体为C14-18链长的饱和脂肪酸和C16-22链长的不饱和脂肪酸(LCFAs)，实现了GPR120“脱孤”。亚油酸(1)和二十二碳六烯酸(DHA, 2)是GPR120内源性配体，GW-9508(3)是一种GPR120/GPR40双重激动剂，TUG-891(4)是GPR120选择性激动剂。在探索配体与GPR120的结合模式过程中，研究人员确定Arg99在受体与配体结合中具有关键作用，配体结合口袋位于GPR120的TMD2、TMD3及TMD5-7之间。基于结合模式发现的化合物12和13具有一定的GPR120激动活性(图4)。
3.神经保护功能
GPR120在中枢神经系统也有广泛表达，但其生理功能仍需进一步的研究。例如，在小胶质细胞和下丘脑细胞中，GPR120与GPR40共同参与高脂肪饮食时的能量稳态和炎症调节。在神经炎症模型细胞rHypoE-7中，DHA(2)能够阻断由肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α, TNF-α)诱导的神经炎症症状，并且独立于Akt/ERK通路而与转化生长因子β活化激酶1(Transforming growth factor-β-activated kinase 1, TAK1)结合蛋白的激活有关。在大脑中动脉闭塞模型中，DHA(2)能够激活GPR120而募集β-arrestin蛋白。DHA(2)与抗炎药(能够减少IL-1β，IL-6，TNF-α)联用能够预防局灶性脑缺血损伤，并通过增加B细胞淋巴瘤中的Bcl-2/Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2/Bax）比例发挥抗凋亡作用。在激光诱导脉络膜新生血管(Laser-induced choroidal neovascularization, CNV)模型中，GPR120激活能够抑制CNV，同时还通过视网膜中的核因子κB(NF-κB)通路减少炎症标志物(IL-6、IL-1β)水平。在蛛网膜下腔出血(Subarachnoid hemorrhage, SAH)引起的早期脑损伤等典型的神经功能障碍中，含30％PUFAs的鱼肝油明显抑制了SAH诱导的脑细胞凋亡和神经元降解。GPR120的激活能够通过调节GPR120/β-arrestin2/TAK1结合蛋白-1通路，挽救行为障碍和脑水肿。
图：人体GPR120的分布及其生理功能
4.抗增殖功能
研究表明，脂肪类营养物质中的游离脂肪酸（FFAs）通过靶向GPR120参与大肠癌、黑色素瘤、肺癌、前列腺癌、乳腺癌等癌症的调控。在乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231中，溶血磷脂酸(Lysophosphatidic acid, LPA)和表皮生长因子(Epidermal growth factor, EGF)能够激活ERK/Akt通路，促进细胞增殖，而长链脂肪酸则抑制这一过程。同样，GW-9508(3)和TUG-891(4)均能够抑制LPA和EGF诱导的细胞增殖。在MDA-MB-231细胞中，亚油酸(1)能够诱导丝氨酸/苏氨酸激酶2磷酸化，促进细胞增殖，而GPR120选择性拮抗剂AH7614(5)则抑制细胞迁移。在大鼠RLCNR、小鼠LL/2、人A549三种肺癌细胞中，GPR40激动剂能够促进细胞转移，而GPR120则负调控肺癌进展，在黑色素瘤细胞中，GPR120激动剂化合物6也能诱导同样的效应。在前列腺细胞PC-3和DU145中，二十碳五烯酸（EPA, 14）和DHA(2)抑制了LPA诱导的细胞增殖，进而干扰ERK1/2、蛋白酪氨酸激酶2和核糖体S6蛋白激酶(p70S6K)的磷酸化和后继的活化。GPR120激动剂也能通过抑制LPA和EGFR之间的正向交联作用而抑制增殖。DHA(2)能够激活肝细胞的GPR120，进而阻止脂肪变性。GPR120激动剂7以剂量和时间依赖性的方式诱导大鼠垂体前叶腺瘤细胞GH3的坏死，降低GH3细胞的线粒体膜电位(MMP)并减少细胞中ATP的水平。GW-9508(3)通过激活GPR120，诱导PI3K/Akt-NF-κB信号传导激活，进而增强VEGF、IL-8、COX-2等促血管生成因子的mRNA和蛋白表达。基于GPR120同源模型发现了化合物8和9能与受体活性位点残基发生好的相互作用，但没有进一步的功能试验研究。
5.伤口愈合功能
GPR120同样广泛表达于皮肤组织。研究表明，DHA(2)能够激活GPR120促进伤口愈合。黄烷酮衍生物Pinocembrin也能激活GPR120参与伤口愈合，Pinocembrin的亚油酸酯化合物11也能激活GPR120参与伤口愈合，分子对接研究表Pinocembrin、化合物11与TUG-891的结合位点相同。
6.食欲控制和肠道激素分泌的调节
食欲和肠激素分泌是控制T2DM高血糖的重要方式。在舌根轮廓乳头上皮中高表达的GPR120作为食物脂肪感受器；在弓形核神经元中与神经肽Y共表达的 GPR120能够部分抑制神经肽Y，进而引起厌食，减少食物摄入。ghrelin是胃细胞分泌的一种神经肽，具有增强食欲、促进摄食、调节能量平衡等作用，DHA(2)、亚麻酸、棕榈油酸等不饱和LCFAs和GW-9508能够激活GPR120抑制ghrelin的释放、更准确的机制需要进一步研究。胆囊收缩素(Cholecystokinin, CCK)是由小肠粘膜I细胞释放的一种肽类激素，具有调节协调胃肠活动的作用，是导致饱腹感、控制进食量的重要介质，GPR120与阳离子特异的瞬时受体电位离子通道蛋白5(Transient receptor potential channel type M5, TRPM5)共同激活，导致细胞内Ca2+浓度增加，促进CCK的释放。
7.脂肪生成
图：GPR120配体
GPR120参与脂肪细胞的发育、分化及脂肪形成。在GPR120敲除的3T3-L1脂肪细胞中，导致脂肪标志物的减少；LCFAs激活GPR120，通过Gq/11依赖性的机制，增加了脂肪细胞3T3-L1葡萄糖的摄入；EPA(14)通过激活GPR120和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(Peroxisome proliferator-activated receptor-γ, PPARγ，一种配体依赖性的转录因子)调节3T3-L1脂肪细胞中血管内皮生长因子-A的表达，对脂肪组织的血管形成可能是重要的，并且是胰岛素受体底物1和4型葡萄糖转运蛋白基因和蛋白水平减少的关键。哺乳动物主要含有白色脂肪组织和棕色脂肪组织，前者贮存能量，后者参与维持体温和能量平衡。研究发现，特定部位的白色脂肪，在适当的刺激下可以发生褐变，即白色脂肪转化为棕色脂肪样，白色脂肪褐变表明能量平衡由能量储存转为能量支出，因而成为治疗肥胖和代谢综合征靶标。9-PAHSA(15)和内源性FFAs能够激活GPR120，增强棕色脂肪特异性基因的表达诱导3T3-L1脂肪细胞褐变。
8. 抗炎功能
炎症通常与β细胞功能受损和胰岛素敏感性降低有关，FFAs能够靶向GPR120发挥抗炎功能。研究表明，在RAW264.7巨噬细胞中，DHA(2)和GW-9508(3)能够通过Gαq和β-arrestin 2 传导通路，激活胞质磷脂酶A2和环氧合酶2(COX-2)，进而促进炎症介质前列腺素E2的释放，这一机理能够被NF-κB通路覆盖，反过来发挥抗炎作用。DHA(2)抑制了野生型胆碱缺乏的高脂饮食(high-fat, diet-fed, HFD)小鼠肝脏组织的炎性因子释放，阻止了纤维化。在脂多糖(LPS)诱导的破骨细胞形成模型中，DHA(2)能够激活GPR120，促进骨吸收，并减少了后继巨噬细胞的TNF-α产生，然而，DHA(2)直接抑制了破骨细胞的形成。Biochanin A(16)和genistein(17)是两种天然异黄酮衍生物，体外研究表明对GPR120和PPARγ具有与LCFAs相当的亲和力，可以作为双靶点制剂的开发工具用于抗炎。
9.抗糖功能
与其他FFARs成员类似，GPR120也具有抗糖活性。在肠内分泌细胞中高度表达的GPR120激活能够促进肠降血糖素GLP-1的分泌；在小肠粘膜K细胞中表达的GPR120促进抑胃肽(Gastricinhibitory peptide, GIP)的分泌，降低血糖水平；GPR120缺乏会导致代谢平衡失调，引起胰岛素抵抗；在野生型小鼠中，FFAs能够增强肌肉和肝的胰岛素敏感性，提高葡萄糖输注速率、促进肝脂质代谢、减少肝脂肪变性，而GPR120敲除小鼠并没有类似效应。在人类胰岛中，GPR120表达与胰岛素的分泌和含量呈正相关，而与糖化血红蛋白HbA1c百分比呈负相关，与健康个体相比，来自高血糖或糖尿病患者的胰岛GPR120表达水平较低。FFAs激活GPR120，增加肠道细胞内的Ca2+浓度，是触发胰岛素分泌的重要步骤。目前，通过激动剂联合疗法，选择性激活GPR120具有能够调节胰岛及肠内分泌激素的功能。所有结果证明GPR120是T2DM治疗药物的合适靶标。
GPR120激动剂作为T2DM治疗药物的发现
GPR120是T2DM等代谢性疾病治疗的靶点。由于GPR120与GPR40具有同源性，且研究已经证明GPR40激动剂也具有GPR120激动活性，因此第一个GPR120选择性激动剂TUG-891(3)是由GPR40激动剂GW-9508(4)改造而来的。目前，已报道的GPR120激动剂主要分为羧酸衍生物和非羧酸衍生物。
羧酸衍生物类GPR120激动剂
羧酸类是典型的GPR120激动剂，其结构主要由羧酸头部、烷基-杂芳基链、取代芳香尾部组成，包括苯丙酸、杂环苯丙酸、双环羧酸三类。
1. 苯丙酸类
图：基于GW-9508的改造发现TUG-891
GW-9508是已报道的GPR40/GPR120双重激动剂，研究人员对GW-9508进行了精细的构效关系研究。发现当GW-9508的N-linker换成O-linker、羧酸头部末端苯环为间位非极性基团取代时活性提高，但对GPR120选择性没有影响。而当远端苯环为邻位取代时，GPR120的选择性明显增加，其中羧酸头部远端苯环上间位F取代、邻位对甲基苯基取代得到TUG-891，其活性最好且及对GPR120选择性是GPR40的1478倍，是首个报道的GPR120选择性激动剂。
图：TUG-891与GPR120的结合模式
TUG-891与GPR120的分子对接模型表明，苯丙酸部分分别处于结合位点顶部的Phe304和底部的Phe311位置之间，其中羧酸头部与Arg99发生静电相互作用，并形成一个双氢键作用，联苯基则占据了由Met118、Thr119、Gly122、Phe211、Asn215、Ile280、Ile281、Trp277形成的狭窄疏水口袋。细胞测试结果表明，TUG-891能够增加脂肪细胞的葡萄糖摄取和抑制促炎介质的释放，在小肠内分泌细胞STC-1中，30 μM的TUG-891促进了GLP-1分泌。
图：发现GPU-028
研究人员将TUG-891结构分为A、B、C、D四个区域，并对各个区域进行了针对性的改造，发现了许多GPR120激动剂。为了改善半衰期、清除率等药代动力学性质，提高代谢稳定性(羧酸β-氧化)，将羧酸的α位的H氘代得到GPU-028(18)，在基于β-arrestin 2的分析中，TUG-891的GPR120激动活性EC50为75.3 nM，GPU-028为63.1nM，两者相当。在抗糖能力测试中，两者均明显降低小鼠血糖水平。
图：发现化合物19
利用结构简化策略，删除TUG-891的D区域，并对A、B、C区域取代基进行构效关系研究。发现在A区域的羧酸链3位引入-OH或-CH3时，对GPR120 和 GPR40的激动活性均丧失；在B区域的苯环(R1)2,3位或3,5位引入两个甲基时，活性与未取代时相当(EC50= 304-681 nM)，而当3位单取代-CH3时对GPR120的选择性及活性均有提高。在C区域的苯环(R2)对位单取代时具有中等活性，在邻位或间位取代、邻位-邻位、邻位-间位二取代时也具有良好的耐受性(EC50= 40-299 nM)，其中化合物19(EC50= 299 nM)在C57BL/6J小鼠中具有很好的口服生物利用度以及中等半衰期(t1/2=1.7h)，并且对人类和小鼠的GPR120/GPR40具有很好选择性(分别为40和80倍)。在两个T2DM模型中进行降糖作用测试。ZDF(Zucker diabetic fatty)大鼠中，化合物19以10、100 mg/kg剂量给药2周后，全血血糖水平分别从192 mg/dL(阴性对照)降至151和139 mg/dL。db/db小鼠中，相同浓度化合物19处理后血糖水平从与276 mg/dL(阴性对照)至106 mg/dL。
2. 杂环苯丙酸类
图：发现化合物20
研究人员利用异恶唑环取代TUG-891的C区域苯环，并保留了异恶唑环的3，4位远端苯环和苯丙酸，设计得到系列杂环苯丙酸类GPR120激动剂，并进行构效关系研究。当用咪唑、三氮唑、四氮唑环取代异恶唑环时，GPR120的激动活性降低，可能因为杂环的极性过大。当异恶唑环取代时，系列化合物EC50为81-217 nM，但仅有中等的肝微粒体稳定性。与无取代的异恶唑相比，异恶唑环5位(R2)用甲基、乙基等小基团取代时，GPR120激动活性增加，大位阻基团取代时活性则降低。其中化合物20(EC50= 57 nM)与TUG-891(EC50= 60 nM)活性相当，药代动力学性质较好。在体内研究中，以剂量依赖性的方式降低血糖水平，在腹腔糖耐量试验中，10 mg/kg剂量时曲线下面积(ΔAUC)为54％，3 mg/kg时为35％，1 mg/kg时为30％。
图：发现化合物21
之后，研究人员又引入异噻唑环替换TUG-891的C区域苯环，并进行构效关系研究。与未取代的异噻唑相比，在异噻唑的5位(R2)引入非极性的-CF3或-CH3能够增强GPR120激动活性，而以-OCH3等极性基团取代时活性下降；以异噻唑的生物电子等排体取代时，活性保持(EC50= 94-191 nM)。其中化合物21具有较好的活性(EC50= 42 nM)、选择性(GPR40 , EC50>5 μM)以及药代动力学性质。在口服糖耐量试验中，化合物21以剂量依赖性方式降低血糖水平，在1 mg/kg和3 mg/kg剂量时ΔAUC分别为61％和83％，阳性对照沙格列汀1 mg/kg剂量时为87％。
图：发现化合物22
以吡咯环取代TUG-891的C区域苯环得到系列化合物，并进行构效关系研究。未取代吡咯环和3-卤素取代(R2)吡咯衍生物具有中等活性(EC50= 161-173 nM)，3-CF3取代时GPR120的激动活性(EC50= 88-91 nM)提高。对于N-芳基部分(R1)，对位甲基、乙基、氯原子均具有良好的耐受性(EC50= 50-117 nM)。其中化合物22活性最好，此外，当羧基还原为醇时，活性翻倍(EC50= 80 vs 43 nM)，但进一步研究发现PK特性太差。在小鼠、大鼠、狗体内研究中，化合物22均具有较低的清除率和合适的半衰期。在口服糖耐量测试中，3 mg/kg 剂量的血糖降低水平与1 mg/kg剂量的沙格列丁相当。
3. 双环羧酸类
图：发现化合物23
Merck的科学家以苯丙呋喃替换TUG-891的B区域得到了苯丙呋喃羧酸系列化合物，并进行构效关系研究。与未取代时相比，在远端苯环上F取代(R)的系列化合物活性提高(EC50= 20-63/7-43 nMvsEC50= 474/487 nM)，丙酸侧链的α甲基化时活性保持(EC50= 83 nM)，其他修饰则导致活性丧失。其中邻位-F、间位-OCF3取代的化合物23活性及选择性较好(GPR120 , EC50= 63 nM; GPR40, EC50=1829 nM)，具有良好的人/鼠GPR120激动活性(73%和75%受体活化)，对GPR120的选择性是GPR40的29倍，具有合适的口服生物利用度、半衰期、血浆清除等药代动力学特性，在小鼠口服糖耐量测试中，30和100 mg/kg剂量时均能明显降低血糖水平。
图：发现化合物24,25
以色烷母核替换化合物23的苯并呋喃获得新型母核的系列化合物，并进行构效关系研究。对色烷丙酸侧链进行修饰时，均导致了GPR120激动活性的丧失，其中色烷手性碳的R/S构型耐受性良好、替换为环丙酸时也活性保持(EC50= 69-160 nM)，而四氮唑等排体替换羧基则导致活性降低。对R-色烷丙酸和R-四氮唑两个系列化合物的远端苯环取代的构效关系研究表明，一个或两个F原子取代和间位取代环丁氧基时活性和GPR120选择性都有明显的提高。化合物24和25的体内口服糖耐量测试均具有较好的效果，特别是化合物24在3和10 mg/kg剂量时剂量依赖性地降低血糖水平，口服生物利用度高，半衰期长。
图：发现新型螺环GPR120激动剂26
螺环化合物也是新型的GPR120激动剂，其结构由螺哌啶连接乙酸、2,5取代N-芳基组成。构效关系研究表明，N-芳基邻位或间位取代时活性更好，间位取代-OCF3和邻位取代F或者CN时具有中等活性，而间位无取代时，基本没有活性(EC50>10000 nM)；间位-OCF3用-OCH3或-CF3替换时不耐受；羧酸侧链的长度或者引入支链都会导致GPR120激动活性降低。其中化合物26具有最较好的GPR120激动活性，并且对GPR120的选择性是GPR40的102倍以上。在野生型/GPR120敲除的小鼠中进行的口服糖耐量测试中，化合物26剂量依赖性地降低全血血糖水平。在高胰岛素-正常血糖DIO小鼠的钳夹试验中，化合物26增加了胰岛素水平、降低了胰岛素抵抗的降低。但在大鼠、狗和恒河猴PK研究试验中，未结合清除率过高。
图：化合物27及其与GPR120的结合模式
联苯丁酸衍生物也是一类新型的GPR120激动剂，结构特征为联苯通过一个O-linker连接到丁酸上。构效关系研究表明，在两个苯环上引入单取代和二取代基可以提高活性，远端苯环邻位(R1)-NO2取代时GPR120和GPR40激动活性大大降低，亚甲二氧基(2,3位)取代时对GPR120具有中等活性(EC50= 200 nM)。近端苯环(R2)-OCH3取代导致激动活性完全丧失；羧酸链长对活性具有重要影响，太短链不耐受，7-8C的链能够增加GPR40的激动活性。其中化合物27具有较好的活性和选择性，在ICR 小鼠中进行的口服糖耐量测试表明，具有剂量依赖性的降血糖作用。分子对接表明，化合物27的羧基与Arg99形成了典型的氢键作用，但由于羧基与N原子距离原因，氢键并不稳定。
图：吡唑衍生物类GPR120激动剂28,29
为了增加经典GPR120激动剂分子结构的刚性，McCoull等报道了具有N-芳环或杂环、6取代苯基的吡唑环衍生物作为GPR120激动剂，并进行了构效关系研究。当R1为乙酸时无活性，而3或4C的羧酸且N-芳基无取代时是可耐受的(EC50= 0.64-0.26 μM)，但选择性很差。因此引入环丙羧酸，并发现仅S,S构型时具有活性(EC50= 0.69 μMvs>17 μM)。其中hGPR120选择性最好的合物28和29在口服糖耐量测试中，血糖水平分别降低为45％和65％，两个化合物均具有合适的口服暴露和超过30种靶标的良好选择性。
非羧酸类GPR120激动剂
已报道典型的GPR120激动剂由羧酸头部、烷基-杂芳基链、取代芳香尾部组成。为了寻找新型GPR120激动剂，科学家发现了几种不含羧酸的GPR120激动剂。
1. 苯丙醇类
图：苯丙醇类GPR120激动剂
异噻唑和噻吩衍生物是GPR120的有效激动剂，典型的结构以噻吩(A = C)和异噻唑(A = N)为核心，通过O-linker连接到苯丙基酸或醇上。构效关系研究表明，杂环5位(R2)取代为环丙基、1,1-二氟乙基、三氟甲基、苯基取代时，三氟甲基取代活性最高。具有苯丙醇结构的化合物30(EC50=125 nM)合适进行体内实验研究。口服糖耐量测试和腹腔糖耐量测试中，化合物30均具有阳性结果，证明了苯丙醇类化合物具有GPR120激动活性。
2.磺酰胺类
图：磺酰胺类GPR120激动剂
利用磺酰胺替换羧基是经典的设计策略，在GPR120激动剂中引入磺酰胺替换羧基获得了磺酰胺类激动剂，并进行构效关系研究。在芳基磺酰中(R1)，苯环对位取代普遍优于邻位取代，对位非极性基团也耐受，-OCH3取代活性最好，而-OCF3、-CH3取代活性降低。在苯胺上(R2)烷基单取代基导致活性降低，而2,4位和2,6位二取代具有中等活性。其中化合物31在包括GPR40，GPR43，GPR41在内的超过65个靶标中，对GPR120具有至少100倍的选择性；在MIN6细胞的葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS，葡萄糖浓度为25 mM)测试中，剂量依赖性地增加了胰岛素的分泌，但在模拟肠液中的溶解度较差，降低了其成药性。
图：环状磺酰胺类GPR120激动剂
为了改善磺酰胺类激动剂的溶解度，设计了环状磺酰胺系列化合物，其结构包括环状苯甲磺酰胺母核、带有末端芳环或杂芳环的N-芳基部分，并进行简单的构效关系研究。发现除去磺酰胺导致活性降低，而环状磺酰胺衍生物比非环状磺酰胺活性更好。末端苯环用非极性基团(如-CH3、-CN)取代对hGPR120和hGPR40均具有中等活性，但低于吡啶环时的活性。化合物32具有较好的活性(EC50=198 nM)，对GPR120的选择性是GPR40的300倍以上，但在PBS中的溶解度相对较低；在口服糖耐量测试中，10 mg/kg剂量时能明显降低血糖水平；能够降低野生型小鼠的血糖水平并提高胰岛素敏感性，而在GPR120敲除小鼠中没有任何影响。当N-芳基（R3）取代炔基时得到化合物33，在基于细胞的Ca2+动员和β-arrestin蛋白分析中，其EC50分别为120 nM和5.2 nM。体内研究表明，化合物33能够增加肠内分泌细胞STC-1的GLP-1分泌；在口服糖耐量测试中，剂量依赖性地降低葡萄糖水平；在静脉糖耐量测试中，则引起胰岛素浓度增加。
专利报道的GPR120激动剂
鉴于GPR120激动剂在T2DM、癌症、炎症性疾病等疾病治疗中的潜力。许多药物公司已经开始布局GPR120激动剂的开发，目前报道了相关的专利化合物。
专利US10221138B2报道了系列联苯/苯基-吡啶(34，A或B = N)骨架的GPR120激动剂，基于细胞的分析中均具有GPR120激动活性(EC50< 0.2 μM)。US0269679A1报道的异恶唑衍生物(35)具有GPR120激动活性，结构中异恶唑环为母核，在C3位经常取代为酚或者酚盐形式，而C5则取代芳环，并且延长了醚链的长度，系列化合物的EC50小于10 nM。US10155737B2和US10214521B2报道了系列苯并呋喃衍生物(36)作为GPR120激动剂，体外活性测试IC50为10 nM-10 μM。US9045454B2也报道了系列吡咯衍生物(37)，其中R1为卤素、-CN、羧基、烷基取代的苯环或吡啶环，吡咯环3位(R2)为H、卤素、-CN、烷基、氟烷基取代，R3为卤素、C1-C4烷基、氟取代烷基取代，侧链可以为烷基、醇、羧酸。
图：专利报道的GPR120激动剂
苯基烷酸衍生物(38)是专利US10273230B2报道的GPR120激动剂，其中O-linker和羧基是重要基团，苯基和杂环之间具有合适的距离，丁酸侧链可以修饰支链、环丙基等，而吡啶环(A=N)可取代硫代环戊基/己基，系列化合物IC50为50 nM-500 nM。WO069963A1报道的GPR120激动剂(39)由羧酸头部连接中心苯环上，苯环则通过O-linker连接到硫醚取代的吡啶环上(A或B=N)，大部分化合物EC50< 0.2 μM。螺哌啶衍生物是专利WO059232A2报道新型GPR120激动剂(40)，其中苯环3位取代-CH3或-OCF3活性好，第二个取代基可位于4或5位取代-Cl、-CN、-OCF3，侧链则为游离羧基或2-羟乙基链，化合物EC50为300-500 nM。AU2014235172B2报道了新型的取代双环羧酸衍生物(41)，带有杂原子（O）的双环在叔C上连接游离羧酸，芳环区域主要为二苯基醚，在OGTT中，化合物均能降低血糖水平。通过环丁基环将脂肪酸和联苯连接而得的系列化合物(42)是US10336684B2报道的GPR120激动剂，联苯中的一个环有卤素取代活性好，A可以为O取代。
总结
综合分析GPR120激动剂的特征，发现普遍的结构包括羧酸头部（与受体Arg99发生氢键相互作用）、芳环/芳杂环连接部分、多种修饰的尾部三部分。在后继的研究中可以基于典型的结构进行改造，例如利用酰胺、噻唑烷二酮、三氟甲基酮、异羟肟酸等替换羧基，并通过适当的修饰改变基团大小、几何形状、电荷分布、酸性、脂溶性等性质，是开发GPR120选择性激动剂的重要方向。
参考文献：
1. Gabriele Carullo, Sarah Mazzotta,et al. GPR120/FFAR4 Pharmacology: Focuson Agonists in Type 2 Diabetes Mellitus Drug Discovery.J. Med. Chem.2021, 64,4312-4332.
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3. XiangyingZhang, Hongbin Sun,et al. A Selectivity Study of FFAR4/FFAR1 Agonists by Molecular Modeling.J. Chem. Inf. Model.2019, 59, 4467-4474.