光交联辅助”去孤儿化”技术揭示代谢调控中GPR50与L-LEN的配对新机制
2026-01-23 来源:本站 点击次数:295
G蛋白偶联受体(GPCR)作为最大的膜蛋白家族，是细胞感知胞外信号并启动下游级联反应的关键门户，也是现代药物研发的核心靶点。然而，目前仍有约100种GPCR属于“孤儿受体”——其内源性配体未知，这限制对其生物学功能的深入探索和相关药物的开发。传统的GPCR去孤儿化方法存在诸多局限，比如基于文库的筛选难以高效识别内源性配体；生物提取物的生化分离方法需大量样品且易造成成分损失；虚拟筛选和生物信息学的预测仍需复杂的体内验证。总体而言，迫切需要一个有效和可推广的平台来实现GPCR去孤儿化。
2026年1月，中国联合研究团队在NATURE CHEMICAL BIOLOGY发表题为“Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism”的研究。该研究建立了一种通用的光交联剂辅助的GPCR去孤儿化平台，并利用该平台成功鉴定孤儿受体GPR50的配体为神经肽LITTLE-LEN(L-LEN)，系统地研究了它们在蛋白质、细胞、组织和动物水平上的相互作用，揭示了一条新的代谢调控通路。
文章中的蛋白质组学数据分析使用PEAKS Online软件完成。
01--研究方法
作者先搭建并验证通用平台，锁定GPR50为目标受体。由于配体性质未知，故以蛋白质组学和交联肽组学的方法寻找内源配体，随后进行系统功能研究。蛋白质组学与交联肽组学的互补分析，极大地提升了从复杂样本中鉴定各类潜在配体的能力。其中，蛋白质组学针对具有胰酶切位点的长肽游离片段；交联肽组学直接鉴定短肽与GPR50形成的交联肽，通过质谱峰面积积分，定量候选肽在交联样本中的富集程度，为后续功能验证提供优先级依据。这些设计确保即使在复杂生物体系中也能完成GPCR去孤儿化。
02--平台建立
研究者将光敏氨基酸DiZPK(3-(3-methyl-3H-diazirine-3-yl)-propaminocarbonyl-Nε-l-lysine)通过基因工程手段定点引入GPCR的配体结合口袋附近。紫外照射后，DiZPK生成高活性卡宾中间体，与邻近配体形成共价键，从而稳定并捕获配体-受体复合物。以已知受体-配体对为模型，作者证明该交联系统能够在生理相关的条件下从内源样本中有效、特异性地捕获配体-受体复合物。此外，该技术适用于肽类、单胺类、脂质类及萜类(如阿片受体激动剂 salvinorin A)等多种配体，显示出良好的通用性。
03--内源配体识别
利用上述平台，研究聚焦于代谢相关的孤儿受体GPR50。首先，作者借助AlphaFold预测GPR50结构，并在其潜在配体结合口袋附近设计多位点引入光交联探针DiZPK。随后，采用互补的蛋白质组学与交联肽组学策略分析交联复合物。通过对富集产物的筛选与比对，最终选择一个十氨基酸神经肽L-LEN为候选配体。
结合后续的功能实验，研究人员确认L-LEN能以纳摩尔级亲和力特异性激活GPR50，进一步使用可裂解交联剂进行的质谱分析则直接检测到二者的共价交联肽段，从物理相互作用层面验证了二者结合。结构-功能分析显示，L-LEN C末端暴露对其受体激活至关重要，而GPR50的胞外环及跨膜区特定残基构成主要结合界面。这些实验结果与AlphaFold的预测模型高度吻合，共同阐明了L-LEN与GPR50相互作用的分子基础。
04--功能解析
在明确配对关系后，作者进一步解析L-LEN-GPR50信号轴的功能。在细胞层面，L-LEN抑制表达GPR50神经元的自发钙活动，该效应可被内向整流钾通道抑制剂阻断。组织层面，GPR50高表达于下丘脑背内侧部（DMH）的GABA能神经元和脑室周细胞，定量质谱测得该区域L-LEN的内源性浓度足以激活这些细胞的活性。体内功能实验证实，脑室注射L-LEN可选择性激活下丘脑中GPR50阳性细胞的早期基因表达，该效应在GPR50敲除小鼠中完全消失。脑片电生理记录证实，L-LEN能特异性抑制这些GPR50阳性神经元的电活动。这些从体外到体内、从分子到细胞的多层次证据共同表明，L-LEN作为GPR50的内源性配体，在生理环境下对该受体表达细胞起到抑制性调控作用。
05--代谢调控机制
在生理与病理层面，禁食或瘦素缺乏状态下小鼠下丘脑L-LEN水平与能量代谢状态呈正相关。缺失L-LEN或GPR50均会导致下丘脑-垂体-甲状腺轴活性下降，并显著提高禁食诱导的低温蛰伏发生率。外源补充L-LEN可特异性逆转野生型小鼠的代谢抑制与体温下降，但对Gpr50敲除小鼠无效，证明L-LEN–GPR50信号轴是中枢调控能量消耗与体温适应的关键通路。机制上，该信号通过下丘脑-垂体-甲状腺轴调节激素分泌，并经由交感神经激活棕色脂肪产热，实现脑-外周协同调控。
总结
此研究设计并验证了一个高效、通用的光交联剂辅助的GPCR去孤儿化平台，实现了在近生理环境下对GPCR的高效、特异性去孤儿化，并深入解析了GPR50–L-LEN信号轴在能量代谢平衡中的作用。该工作不仅拓展了哺乳动物代谢调控网络，其建立的光交联辅助平台也为系统性地攻克剩余孤儿GPCR提供了通用的研究范式，有望推动相关基础生物学发现及未来代谢性疾病治疗新靶点的开发。
参考文献：
Wu R, Li N, Wen Z, et al. Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50-L-LEN pairing in metabolism. Nat Chem Biol. Published online January 6, 2026. doi:10.1038/s41589-025-02098-6
关于BSI
作为生物信息学的领军企业，BSI专注于蛋白质组学和生物药领域，通过机器学习和先进算法提供世界领先的质谱数据分析软件和蛋白质组学服务解决方案，以推进生物学研究和药物发现。我们通过基于AI的计算方案，为您提供对蛋白质组学、基因组学和医学的卓越洞见。旗下著名的PEAKS®️系列软件在全世界拥有数千家学术和工业用户，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽组发现服务和抗体综合表征服务等。联系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
2026年1月，中国联合研究团队在NATURE CHEMICAL BIOLOGY发表题为“Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism”的研究。该研究建立了一种通用的光交联剂辅助的GPCR去孤儿化平台，并利用该平台成功鉴定孤儿受体GPR50的配体为神经肽LITTLE-LEN(L-LEN)，系统地研究了它们在蛋白质、细胞、组织和动物水平上的相互作用，揭示了一条新的代谢调控通路。
文章中的蛋白质组学数据分析使用PEAKS Online软件完成。
01--研究方法
作者先搭建并验证通用平台，锁定GPR50为目标受体。由于配体性质未知，故以蛋白质组学和交联肽组学的方法寻找内源配体，随后进行系统功能研究。蛋白质组学与交联肽组学的互补分析，极大地提升了从复杂样本中鉴定各类潜在配体的能力。其中，蛋白质组学针对具有胰酶切位点的长肽游离片段；交联肽组学直接鉴定短肽与GPR50形成的交联肽，通过质谱峰面积积分，定量候选肽在交联样本中的富集程度，为后续功能验证提供优先级依据。这些设计确保即使在复杂生物体系中也能完成GPCR去孤儿化。
02--平台建立
研究者将光敏氨基酸DiZPK(3-(3-methyl-3H-diazirine-3-yl)-propaminocarbonyl-Nε-l-lysine)通过基因工程手段定点引入GPCR的配体结合口袋附近。紫外照射后，DiZPK生成高活性卡宾中间体，与邻近配体形成共价键，从而稳定并捕获配体-受体复合物。以已知受体-配体对为模型，作者证明该交联系统能够在生理相关的条件下从内源样本中有效、特异性地捕获配体-受体复合物。此外，该技术适用于肽类、单胺类、脂质类及萜类(如阿片受体激动剂 salvinorin A)等多种配体，显示出良好的通用性。
图1 光交联辅助GPCR去孤儿化平台的研制与表征
03--内源配体识别
利用上述平台，研究聚焦于代谢相关的孤儿受体GPR50。首先，作者借助AlphaFold预测GPR50结构，并在其潜在配体结合口袋附近设计多位点引入光交联探针DiZPK。随后，采用互补的蛋白质组学与交联肽组学策略分析交联复合物。通过对富集产物的筛选与比对，最终选择一个十氨基酸神经肽L-LEN为候选配体。
结合后续的功能实验，研究人员确认L-LEN能以纳摩尔级亲和力特异性激活GPR50，进一步使用可裂解交联剂进行的质谱分析则直接检测到二者的共价交联肽段，从物理相互作用层面验证了二者结合。结构-功能分析显示，L-LEN C末端暴露对其受体激活至关重要，而GPR50的胞外环及跨膜区特定残基构成主要结合界面。这些实验结果与AlphaFold的预测模型高度吻合，共同阐明了L-LEN与GPR50相互作用的分子基础。
图3 L-LEN作为GPR50内源性配体的鉴定
04--功能解析
在明确配对关系后，作者进一步解析L-LEN-GPR50信号轴的功能。在细胞层面，L-LEN抑制表达GPR50神经元的自发钙活动，该效应可被内向整流钾通道抑制剂阻断。组织层面，GPR50高表达于下丘脑背内侧部（DMH）的GABA能神经元和脑室周细胞，定量质谱测得该区域L-LEN的内源性浓度足以激活这些细胞的活性。体内功能实验证实，脑室注射L-LEN可选择性激活下丘脑中GPR50阳性细胞的早期基因表达，该效应在GPR50敲除小鼠中完全消失。脑片电生理记录证实，L-LEN能特异性抑制这些GPR50阳性神经元的电活动。这些从体外到体内、从分子到细胞的多层次证据共同表明，L-LEN作为GPR50的内源性配体，在生理环境下对该受体表达细胞起到抑制性调控作用。
图4 L-LEN和GPR50在调节细胞活动和动物生理中的体内协同作用
05--代谢调控机制
在生理与病理层面，禁食或瘦素缺乏状态下小鼠下丘脑L-LEN水平与能量代谢状态呈正相关。缺失L-LEN或GPR50均会导致下丘脑-垂体-甲状腺轴活性下降，并显著提高禁食诱导的低温蛰伏发生率。外源补充L-LEN可特异性逆转野生型小鼠的代谢抑制与体温下降，但对Gpr50敲除小鼠无效，证明L-LEN–GPR50信号轴是中枢调控能量消耗与体温适应的关键通路。机制上，该信号通过下丘脑-垂体-甲状腺轴调节激素分泌，并经由交感神经激活棕色脂肪产热，实现脑-外周协同调控。
图5 L-LEN-GPR50信号对能量消耗和体温的代谢状态调节
总结
此研究设计并验证了一个高效、通用的光交联剂辅助的GPCR去孤儿化平台，实现了在近生理环境下对GPCR的高效、特异性去孤儿化，并深入解析了GPR50–L-LEN信号轴在能量代谢平衡中的作用。该工作不仅拓展了哺乳动物代谢调控网络，其建立的光交联辅助平台也为系统性地攻克剩余孤儿GPCR提供了通用的研究范式，有望推动相关基础生物学发现及未来代谢性疾病治疗新靶点的开发。
参考文献：
Wu R, Li N, Wen Z, et al. Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50-L-LEN pairing in metabolism. Nat Chem Biol. Published online January 6, 2026. doi:10.1038/s41589-025-02098-6
关于BSI
作为生物信息学的领军企业，BSI专注于蛋白质组学和生物药领域，通过机器学习和先进算法提供世界领先的质谱数据分析软件和蛋白质组学服务解决方案，以推进生物学研究和药物发现。我们通过基于AI的计算方案，为您提供对蛋白质组学、基因组学和医学的卓越洞见。旗下著名的PEAKS®️系列软件在全世界拥有数千家学术和工业用户，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽组发现服务和抗体综合表征服务等。联系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
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