Nature Commun | 浙江大學(xué)張巖/沈清雅團(tuán)隊(duì)破解阿撲林受體動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換之謎

G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是細(xì)胞膜上的信號(hào)接收器，調(diào)控著人體幾乎所有的生理過程。其中，A類GPCR長(zhǎng)期以來被認(rèn)為主要以單體形式發(fā)揮作用，但越來越多的證據(jù)表明，它們也能形成二聚體甚至寡聚體。然而，這些不同組裝形式之間能否相互轉(zhuǎn)換、如何轉(zhuǎn)換，以及這種轉(zhuǎn)換對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)有何影響，一直是未解之謎。阿撲林受體（APLNR）作為心血管和肌肉功能的關(guān)鍵調(diào)控靶點(diǎn)，其單體與二聚體的動(dòng)態(tài)關(guān)系尤其引人關(guān)注。

2026年4月3日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院張巖和沈清雅研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》發(fā)表題為“Dynamic monomer-dimer transition in ligand-induced apelin receptor activation”的研究論文。該團(tuán)隊(duì)通過解析12種不同狀態(tài)下的APLNR冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了配體誘導(dǎo)下該受體從二聚體到單體的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變過程。

研究者首先獲得了APLNR在無G蛋白狀態(tài)下的多種高分辨率結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，在未激活狀態(tài)下，受體主要以二聚體形式存在。使用兩種不同激動(dòng)劑——小分子AMG986和納米抗體JN241-9——分別處理受體后，二聚體表現(xiàn)出不同的構(gòu)象特征。其中，AMG986能夠誘導(dǎo)二聚體中一個(gè)亞基（稱為protB）的第六跨膜螺旋向外移動(dòng)，同時(shí)第八螺旋向內(nèi)彎曲，呈現(xiàn)出類似激活狀態(tài)的構(gòu)象。而JN241-9雖然也能結(jié)合受體，但無法單獨(dú)觸發(fā)這種激活樣構(gòu)象變化，其結(jié)合的三種二聚體構(gòu)象僅在配體結(jié)合姿態(tài)上有所差異，受體核心區(qū)仍保持非活性狀態(tài)。

進(jìn)一步對(duì)比配體結(jié)合口袋發(fā)現(xiàn)，AMG986比JN241-9插入得更深，更有效地推動(dòng)了關(guān)鍵殘基F782·?3、W261?·??和Y299?·?3的構(gòu)象重排，這解釋了為何AMG986能獨(dú)立誘導(dǎo)二聚體中一個(gè)亞基的激活。從非活性態(tài)到AMG986結(jié)合的部分激活態(tài)，protB逐漸遠(yuǎn)離其搭檔protA，二者之間的距離明顯增大，暗示二聚體已出現(xiàn)解離傾向。

當(dāng)引入G蛋白后，研究者觀察到戲劇性的轉(zhuǎn)變：冷凍電鏡數(shù)據(jù)處理顯示，無G蛋白時(shí)二聚體顆粒占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（例如JN241-9樣品中二聚體與單體比例約為5:1），而加入G蛋白后，單體-G蛋白復(fù)合物的比例遠(yuǎn)超二聚體-G蛋白復(fù)合物（JN241-9誘導(dǎo)的單體復(fù)合物與二聚體復(fù)合物比例約為13:1，AMG986則高達(dá)18:1）。結(jié)構(gòu)比對(duì)表明，單體與G蛋白的相互作用面積（1213平方埃）顯著大于二聚體中單個(gè)亞基與G蛋白的接觸面積（917.7平方埃），說明單體與G蛋白的結(jié)合更為穩(wěn)定。更重要的是，當(dāng)G蛋白結(jié)合到其中一個(gè)亞基時(shí)，會(huì)與另一亞基產(chǎn)生空間位阻，從而強(qiáng)制推動(dòng)二聚體解離。

有趣的是，研究者仍捕獲到少量二聚體-G蛋白復(fù)合物。在這些結(jié)構(gòu)中，G蛋白整體發(fā)生了約5.7度的旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)另一亞基的存在。膽固醇分子在二聚體界面處像“膠水”一樣聚集，但在G蛋白結(jié)合后，膽固醇與亞基的接觸面積從2031平方埃減少至1750平方埃，進(jìn)一步印證了解離趨勢(shì)。此外，動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示，破壞二聚體形成的突變體（F101A）在激活初期的cAMP信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)于野生型，但隨著時(shí)間推移兩者趨同，說明大多數(shù)二聚體在激活過程中確實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱误w。

最后，研究者總結(jié)出APLNR單體與二聚體動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的全景圖：無G蛋白時(shí)，受體以二聚體為主，配體結(jié)合可誘導(dǎo)不同程度的預(yù)解離；G蛋白偶聯(lián)則通過空間位阻和能量壁壘促使二聚體解離，形成更穩(wěn)定的單體-G蛋白復(fù)合物。不同配體因結(jié)合深度和作用方式差異，導(dǎo)致二聚體解離程度不同——高活性、深插入的AMG986比JN241-9更傾向于促進(jìn)單體形成。值得注意的是，單體形式表現(xiàn)出更強(qiáng)的β-arrestin信號(hào)活性，而該信號(hào)通路與心肌肥厚副作用相關(guān)，這為設(shè)計(jì)更安全的偏向性藥物提供了結(jié)構(gòu)指引。