利用新工具箱探索G蛋白偶联受体

被病毒感染的小胶质细胞表面的GPCR（洋红色）

G蛋白偶联受体 （GPCR）是真核生物中最大且最多样化的膜受体家族。它们就像一个收件箱，接收来自光能、肽、脂质、糖和蛋白质等形式的信息。这些信息会告诉细胞所处环境中是否存在维持生命的光或营养物质，或传递其他细胞发送的信号。 一旦被外部信号激活，成功与GPCR相互作用并引发细胞内信号级联的配体，对细胞功能如生长、迁移、代谢和细胞与细胞之间的交流将产生深远影响。 GPCR在人体一系列功能中具有着不可思议的作用。科学家们已经发现有超过800个GPCR在许多人类疾病中发挥着至关重要的作用，调节着从免疫反应到神经元信号传导的过程。因此，GPCR已成为生物医学研究和药物开发中的重要靶点。目前，在所有FDA批准的药物中有大约35%靶向GPCR。 然而，在研究GPCR信号传导方面仍存在重大挑战。首先，一些GPCR具有未识别的配体，因此被归为孤儿受体。其次，即使是已知的配体在生物体内可获得性也较差，或者会导致不必要的副作用。第三，当相同受体存在于不同细胞上时，很难确定其反应是什么，这意味着，在免疫细胞中，同一GPCR可能调节炎症反应；而在支气管组织中，它们可能在帮助放松肌肉。 2022年8月15日，发表在 《Nature Communications》 上的一项新研究中，来自奥地利科学技术学院（ISTA）的研究团队为每个研究GPCR的学者开发了一个方便有效的工具箱，克服了上述一系列障碍，从而为在各种环境和模型系统中探索GPCR提供了新的方法。

在这项新研究中，研究人员设计了基于“ 只能由设计药物激活的设计受体 （DREADDS）”的化学诱导型GPCR嵌合体策略。DREADD是经过修饰的毒蕈碱乙酰胆碱受体，对其内源性配体乙酰胆碱呈惰性，并对氯氮平-N-氧化物（CNO）有反应。CNO是一种小型可注射化合物，具有最小的脱靶效应和适合体内使用的生物利用度。该嵌合体结合CNO并模拟研究人员感兴趣的GPCR。 为了验证这个新策略，研究人员把重点放在β2肾上腺素受体（β2AR）上，因为β2AR的功能及其对免疫系统的重要性已得到广泛证实。 研究人员发现，β2AR复制品可以被CNO选择性地激活。DREADD-β2AR在第二信使和激酶活性、翻译后修饰和蛋白-蛋白相互作用方面可与内源性β2AR相媲美,在许多功能上准确模拟了感兴趣的GPCR。因此，DREADD-β2AR可以成功地在生物体中复制许多原始行为。

为了分析GPCR激活的免疫调节特性，研究人员利用小胶质细胞样细胞系建立了稳定表达DREADD-GPCR的培养物，以量化对炎症的影响。他们用促炎介质IFNγ和IL1β刺激这些细胞后，与常用的脂多糖（LPS）相比，这些炎症介质可以诱导显著的炎症基因表达。随后，在CNO诱导下，DREADD-β2AR成功模拟了上述反应。这些发现与不同体外系统中β2AR的类似促炎和抗炎作用的研究相一致。

研究人员还生成了模拟质子感应受体GPR65和酮结合受体GPR109A的基于DREADD的嵌合体。DREADD-GPR65和DREADD-GPR109A分别通过诱导或抑制Gαs信号来触发它们预期的级联反应。具体而言，DREADD-β2AR和DREADD-GPR65调节炎症反应，与内源性β2AR高度相似，而DREADD-GPR109A没有改变炎症水平。

总之，这种基于DREADD的新方法允许在没有已知内源性配体的情况下研究各种类型细胞的依赖性途径。

小胶质细胞 和免疫细胞中的GPCR种类繁多，没有人知道为什么生物体和人类会拥有这些多样性的受体。通常，GPCR根据其信号传导途径进行分类。在这种情况下，基于DREADD的嵌合体可能为更精细地研究特定GPCR及其在调节小胶质细胞功能中的作用提供了一种新策略。 研究人员表示，由于目前缺乏有效和特异性的载体，小胶质细胞的体内靶向是该领域的一个主要挑战。然而，GPCR信号传导对于许多更容易嵌合GPCR表达的其他细胞类型是至关重要的。这个新策略补充了现有的GPCR研究方法，并提供了一种在各种环境和模型系统中解剖GPCR信号的替代方法。

来源：中国生物技术网  2022-08-28