今年诺贝尔化学奖授予两名美国科学家罗伯特•洛夫科维茨(Robert J. Lefkowitz)以及布莱恩•克比尔卡(Brian K. Kobilka)，表彰他们对“G蛋白偶联受体”的研究工作。G蛋白偶联受体对公众或许是个生词，对生物化学和药学家却绝对是个热词。如今几乎一半的药物与它相关，它还将引导人类发现更多药物，它的家族有上千个成员，迄今解析了14个成员的结构。
G蛋白偶联系统由三部分组成：表面受体、G蛋白和效应物
人体“通信兵”分布广
当你兴奋或恐惧时，体内会分泌β-肾上腺素，让你呼吸加快、心跳加速。而β-肾上腺素如何刺激相关细胞，就靠细胞膜上的G蛋白偶联受体来传导。这位“蛋白信使”一旦接收到β-肾上腺素的信号，便立马与细胞内的特定蛋白结合，“通知”细胞们该干什么了，进而引发一连串的生理反应。
1968年起，此次获奖的莱夫科维茨正是通过β-肾上腺素，追踪到这种体内的“通信兵”。而事实上，它们广泛分布于体内各种组织、器官，而且每一种G蛋白偶联受体都只接受一种信号源的“命令”，总共有约1000种。
另一位获奖者科比尔卡，曾于上世纪80年代加入莱夫科维茨的研究团队，他运用创新方法，揭示了与β-肾上腺素相对应的G蛋白偶联受体的结构。
中科院上海药物所研究员吴蓓丽形象地比喻说，这类受体的三维分子结构就像7根“弹簧”扎成一捆，但“弹簧”们的排布位置则是各异的，也是瞬息万变的。“正是受体的不同结构决定了其不同功能，其结构解析难度极大。”
三维结构又竞又合
吴蓓丽是科比尔卡的同行，她去年回国前还是科比尔卡竞争与合作者——斯蒂文斯教授的博士后。“我非常钦佩科比尔卡的开创性工作，同时也为斯蒂文斯略感遗憾。”
2007年，几乎同一个月，两人通过独立研究都解析出了β-肾上腺素受体的三维结构，科比尔卡的论文发表于《自然》，斯蒂文斯的论文则发表于《科学》。此后，斯蒂文斯致力于去发现受体家族内更多成员的不同结构，期间吴蓓丽也加入其实验室，至今他们共确定了8种G蛋白偶联受体成员的结构，甚至比化学奖得主还多。目前，吴蓓丽研究组还在上海继续探索多种受体结构。
而科比尔卡几十年来对β-肾上腺素的受体一直咬住不放，去年他又成功解析了这种受体与细胞内相应蛋白的复合物结构，取得了新的突破。
据悉，斯蒂文斯已作为特聘专家来华，投身上海药物所，与中方合作筹建一家专事于G蛋白偶联受体研究的机构。他表示，很乐于置身中国蓬勃发展的大环境中从事这项研究。
通过科学介入可使现有药物疗效增加
西安交通大学化学物理研究所所长赵翔进行对G蛋白偶联受体研究进行了解读。
赵教授表示，G蛋白偶联受体是一种存在于感官细胞中的膜蛋白受体，主要作用是使感官细胞对外部刺激进行感应，它是一种穿膜而过的蛋白质，有位于细胞外的部分，也有位于细胞内的部分，通过形态变化广泛作用于光线、嗅觉、味觉等多个领域。
比如，嗅细胞表面的GP⁃CR与气味分子结合之后，其形态发生改变，并触发细胞内生成一系列反应，发出相应的神经电信号，最终使大脑感应到。
另一个重要的意义在于，现代药物里大约有一半通过G蛋白偶联受体发挥作用。但一般的化合物很难穿透细胞膜这道屏障，包括各种药物。因此药物要发挥作用，必须通过与细胞表面的蛋白结合，而G蛋白偶联受体正是这样一种蛋白。
发现其工作原理意味着人们可以分辨G蛋白偶联受体在正常条件和病理条件下的不同形态，也意味着人们可通过一些科学介入，创造利于药物与G蛋白偶联受体结合的条件，使现有药物的疗效增加若干倍，使攻克像癌症等一些日前无法治愈的疾病成为可能。
海量筛选更多有效药
作为应用研究者，华东理工大学生物工程学院教授魏东芝评价道：“这次诺贝尔化学奖的相关研究为新药发现打开了一片新天地。”
由于被证明是人体各种生理反应的重要信号通路，G蛋白偶联受体正成为越来越多药物的作用靶点。显然，通过促进受体、抑制受体或维护受体，就能增进、阻断或保持各类不同生理反应，从而改变病理状态。
关键在于找到什么物质能与G蛋白偶联受体的“弹簧捆”发生关系。魏东芝介绍，如果将已知结构的受体作为“标靶”，尝试各种结构的物质能否与其匹配、将其激活，通过海量药物筛选就能觅得理想的候选药。“这种物质可以是来自化学药品的小分子，也可以是蛋白、抗体、疫苗等生物大分子，甚至可以人工修改物质的三维结构，或人工合成一种全新的结构。”
他表示，上千种不同结构的G蛋白偶联受体，即使每种只与几种结构的物质反应，能获取的有效药物也是大量的。“当越来越多的受体结构被揭示，当超级计算机模拟出更多合适的药物结构，人们新药创制能力也将进一步提高。”
湖南大学生物学院教授谭拥军说，正常的细胞受体会发生正常的反应，错位了的细胞受体会发生错误的反应，疾病譬如癌症，G蛋白偶联受体传递的信号有一个正常的区间值，受体异常，则细胞会出现过度激活或抑制，癌细胞受体相比正常的细胞就会出现过度激活或抑制，以此开发出药物是通过作用于G蛋白偶联受体从而控制疾病。由此可有的放矢地开发出相应的药物来刺激受体，让细胞正常工作。“目前上市的药物中，很多就属于G蛋白受体相关药物。”谭拥军说：“以前，许多沿用已久的药物能有效治病，但人们知其然而不知其所以然。现在知道了这些药物是通过作用于G蛋白偶联受体从而控制疾病的。利用这方面的知识，对治疗癌症、糖尿病的特异性药物的开发具有重要意义。”
