多巴胺受体是介导中枢神经系统多巴胺信号传递的重要G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs），在运动控制、学习记忆、动机和认知等生理过程中发挥关键作用。其中，多巴胺D1受体（Dopamine D1 receptor，D1R）主要通过偶联Gs/olf蛋白调控下游信号通路，其功能异常与帕金森病、精神分裂症及阿尔茨海默病等多种神经系统疾病密切相关是神经精神疾病创新药物研发的重要靶标。传统D1R药物研发主要针对内源性多巴胺结合的正构口袋，但由于受体亚型间正构口袋高度保守，以及部分候选药物存在口服生物利用度低、血脑屏障透过性不足和心血管不良反应等问题，其临床应用受到一定限制。相比之下，正向变构调节剂（Positive allosteric modulators，PAMs）通过结合正构口袋以外的调控位点，增强受体对内源性多巴胺的响应，在提高受体亚型选择性、实现可饱和的活性调节以及保留内源性多巴胺信号时空特征等方面具有潜在优势，为D1R精准药理调控提供了新的研究方向。

近年来，D1R PAMs的研发取得了重要进展，部分候选化合物已进入临床研究，如Mevidalen（LY3154207）已用于探索其改善路易体痴呆相关认知功能障碍等疾病症状的潜力。然而，现有D1R PAMs的药理活性、受体调控能力及临床应用效果仍存在一定局限，如何实现更高效、精准的受体信号调节，是亟待解决的重要科学问题。既往药理学研究发现，LY3154207、BMS-A1和MLS6585等具有不同化学骨架的D1R PAMs，在联合使用时可产生明显的协同增强效应，提示D1R可能具有多个功能上相互关联的变构调控位点。然而，除LY3154207之外，其他PAM的结合位点及其调控机制仍不清楚。更重要的是，不同变构位点能否被同时利用，以及空间上相互独立的多个变构位点如何协同影响受体构象与信号转导，仍缺乏系统性的分子机制认识。

2026年10月21日，上海交通大学基础医学院庄友文团队，中国科学院上海药物研究所徐华强/王悦团队，联合美国国立卫生研究院（NIH）David R. Sibley、Lei Shi团队以及美国北卡罗来纳大学教堂山分校Kevin J. Frankowski团队等，在国际知名综合性期刊Science Advances在线发表了一项关于GPCR多位点变构调控机制的重要研究成果 “Multiple Allosteric Sites Allow for Synergistic Enhancement of GPCR Signaling”。研究团队以D1R为研究对象，对前期发现的D1R变构调节剂MLS6585进行药物化学优化，获得活性和调节效能显著提升的新型PAMs UNC9815和UNC10062。在此基础上，研究首次从结构与功能层面揭示：D1R上三个空间独立的变构位点可以被不同PAM同时占据，并通过互补的构象调控机制产生显著的功能协同效应，使多巴胺的功能效力提升超过1000倍。进一步研究发现，不同PAM通过协同稳定受体胞内外关键结构区域及活化相关的分子开关，促进D1R形成更加稳定、有利于G蛋白偶联的活化构象，即“超稳定活化状态”（Super-stabilized active state）。该研究揭示了GPCR多位点协同变构调控的新机制，突破了传统单一位点调节的研究思路，为突破单一位点药理调控的局限、发展新型GPCR精准调控策略提供了重要理论依据。

PAMs通过多位点协同增强D1R信号活性

研究团队首先对UNC9815和UNC10062进行系统药理学表征，并与已知D1R正向变构调节剂LY3154207和BMS-A1进行组合研究。结果显示，四种PAM均能够以不同程度增强多巴胺或SKF81297诱导的D1R信号响应，但其作用强度及对受体信号的调节特征存在差异。进一步的组合实验发现，LY3154207、BMS-A1与UNC系列化合物之间存在明显的协同或加和效应；在β-arrestin募集实验中，三联PAM组合可使多巴胺EC50左移超过1000倍，TRUPATH BRET实验也验证了多PAM对Gs蛋白激活的协同增强作用。这些结果提示，D1R上可能存在多个可同时占据的变构位点（图1A-D）。

图1. 三个D1R正向变构调节剂协同增强受体信号，并通过冷冻电镜解析三种D1R-Gs复合物结构。（A）所用配体的化学结构；（B-C）不同PAM协同增强D1R受体信号；（D）不同PAM协同作用示意图;（E-G）D1R复合物的冷冻电镜整体与配体密度示意图。

发现D1R独特的双层变构口袋，揭示PAMs选择性识别机制

为了阐明不同PAM能否同时结合于D1R，以及多个变构位点如何共同参与受体信号调控，研究团队进一步利用冷冻电镜技术，研究了不同PAM组合结合状态下D1R–Gs信号复合物的分子作用模式，获得了三种复合物的高分辨率结构，整体分辨率分别达到2.4-2.6 Å（图1E-G）。研究发现，D1R上存在三个空间上彼此独立、可以同时结合不同PAM的变构调控位点。其中，LY3154207结合于靠近第二胞内环（ICL2）的变构位点；BMS-A1结合于跨膜螺旋TM1与TM7之间、靠近胞内侧的下方变构口袋；UNC9815和UNC10062则结合于TM1–TM7界面靠近胞外侧的上方口袋。尤为值得关注的是，BMS-A1和UNC系列化合物所占据的两个变构口袋沿TM1–TM7界面上下相邻排列，形成独特的“双层变构口袋”结构组织模式。这种空间上紧密相邻、但能够容纳不同化学类型调节剂的结合模式，在此前GPCR研究中尚未得到明确的结构表征。

为进一步验证不同PAM的作用位点及其功能关联，研究团队结合受体关键氨基酸突变与信号功能实验，系统分析了上下两个变构口袋的药理作用。结果表明，改变不同口袋中的关键氨基酸可选择性影响相应PAM的调节活性，从功能层面支持了不同PAM具有相对独立的结合位点。进一步的组合突变研究还发现，上方口袋的特定突变不仅削弱UNC9815的正向调节作用，甚至能够使其转变为弱负向变构调节作用，揭示了受体变构位点的局部结构环境不仅决定配体的识别与结合，还能够影响其药理调控方向与效能。此外，研究团队通过多巴胺受体家族的序列、结构及功能比较，揭示了不同变构位点介导受体亚型选择性的分子基础。例如，BMS-A1所在口袋中的关键残基S361.45在D5R中被体积更大的W531.45取代，既消除了关键的相互作用，又产生空间位阻；相应的互换突变进一步验证了这一选择性机制。相比之下，UNC化合物所在上方口袋在D1R和D5R之间较为保守，因此UNC系列化合物在D5R中仍保持一定活性，而D2R-D4R在相关区域存在更明显的残基和空间拓扑差异。这些结果揭示了不同PAM可利用受体亚型间的结构差异实现选择性。

图2. 多位点协同变构作用促进D1R逐级活化的分子机制模型。（A）正构激动剂与PAM逐步稳定D1R活化构象的示意图。相较于仅结合正构激动剂的活化状态，LY3154207结合于受体ICL2的变构位点，通过稳定ICL2的螺旋构象促进受体形成更加稳定的活化构象。随后，BMS-A1结合于跨膜螺旋TM1-TM7之间的下口袋，UNC9815/UNC10062结合于TM1-TM7之间的上口袋，进一步促进受体形成高度稳定的活化构象。在这一状态下，受体ECL2以及ICL2、ICL3均得到进一步稳定。（B） 将上述模型旋转约120°后，从另一视角展示PAM结合所介导的TM5-TM7区域构象重排。多位点PAM协同结合增强了Y5.58与Y7.53之间的相互作用，并稳定了以TM7为中心的NPxxY激活基序，表明受体形成了有利于G蛋白偶联的协同稳定构象。

PAMs多位点协同调控的分子机制

结构比较和分子动力学模拟显示，BMS-A1和UNC化合物均可在各自口袋中稳定结合，且彼此不依赖对方；LY3154207的存在则有助于提高整体复合物的稳定性。进一步研究发现，D1R活化是逐级稳定的过程，正构激动剂首先诱导受体活化，LY3154207通过稳定ICL2进一步稳定活化构象；随后，BMS-A1和UNC系列化合物分别从TM1-TM7界面的胞内侧和胞外侧加固受体。BMS-A1促进TM7胞内段进一步向内移动，增强NPxxY基序的活化构象，并有利于TM6向外运动和G蛋白结合；UNC化合物则从胞外侧稳定TM7及ECL2。两条路径共同作用，使受体进入研究团队提出的“超稳定活化状态”（图2）。分子动力学模拟进一步显示，多位点PAM结合可显著限制受体关键区域的动态性，并逐步稳定TM7-NPxxY激活微开关。其中，ECL2的RMSF由无PAM条件下的2.46 ± 0.77 Å降低至三联PAM条件下的0.87 ± 0.11 Å。胞外口袋的稳定还可能限制正构激动剂解离，从而进一步解释多位点调控对多巴胺效价的增强。

研究意义与团队系列工作

庄友文团队长期围绕多巴胺受体分子药理机制与创新药物设计开展系统研究，取得了系列重要成果，包括揭示了人源D1R与Gs蛋白偶联及受体活化的分子机制，为理解多巴胺受体信号转导和药理调控奠定了重要基础（Cell, 2021）；阐明了内源性多巴胺、合成激动剂SKF81297及正向变构调节剂LY3154207对D1R的配体识别与活性调控机制，为D1R变构调节剂的理性设计提供了重要分子依据（Cell Res, 2021）；系统揭示了人源D1R至D5R五种多巴胺受体亚型的配体识别及G蛋白偶联机制，建立了多巴胺受体家族活化态的结构图谱，为受体亚型选择性药物设计提供了重要基础（Cell Res, 2023）；揭示了致幻剂LSD与D1R的动态互作机制（Neuron, 2024）。近期，与中国科学院上海药物研究所徐华强教授一起受邀在药理学领域权威综述期刊 Annual Review of Pharmacology and Toxicology 发表综述文章，系统总结了多巴胺受体在配体识别、受体活化、信号转导及药理调控等方面的重要进展，深入探讨了多巴胺受体精准药理调控的分子机制及其在创新药物研发中的应用前景，并对该领域的重要科学问题与未来发展方向进行了展望（Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2026）。

从受体活化与信号转导、配体选择性识别到变构调控及受体亚型选择性，团队的系列研究不断深化了对多巴胺受体分子药理调控规律的认识。在此基础上，本项工作进一步将研究视角从单一位点调控拓展至多个变构位点的协同作用，揭示了不同变构位点通过互补的构象调控机制协同增强受体活性的新原理，拓展了GPCR变构药理学的研究范畴。这一研究不仅为理解GPCR多位点协同调控网络提供了重要的分子机制依据，也为利用不同变构位点的结构特征及功能互补性，发展更加高效、精准的变构调节剂及其组合策略提供了新的研究思路，为帕金森病、精神分裂症等神经精神疾病的创新药物研发提供了潜在的新方向。

中国科学院上海药物研究所在读博士生王凯、美国NIH神经疾病与卒中研究所（NINDS）的Snezana T. Dimova、John N. Hanson、美国NIH国家药物滥用研究所（NIDA）的Abhishek Thakur，以及广州医科大学特聘教授（原中国科学院上海药物研究所副研究员）徐有伟为本文共同第一作者。上海交通大学庄友文研究员、美国NINDS资深研究员 David R. Sibley、美国NIDA资深研究员施磊、原中国科学院上海药物研究所王悦副研究员，以及美国北卡罗来纳大学教堂山分校助理教授 Kevin J. Frankowski为论文共同通讯作者。中国科学院上海药物研究所徐华强研究员、上海交通大学基础医学院张健教授以及博士生刘旖旎等对研究提供了重要帮助。

本研究获得国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划、科技部“战略性科技创新合作”重点项目、中国科学院战略性先导科技专项、上海市科技重大专项/面上以及何享健青年科学家项目等经费资助。