基于熵方法解析LVV-血啡肽-7对血管紧张素II 1型受体（AT1R）变构调控的时间复杂性及其信号通路特异性机制

《Computational and Structural Biotechnology Journal》：Temporal Complexity of LVV-Hemorphin-7 Allosterism at the Angiotensin II Type 1 Receptor Assessed Using Entropy-Based Approaches

本研究利用实时BRET技术和熵分析方法，揭示了内源性肽LVV-H7作为AT1R的正向变构调节剂，可动态改变受体信号的时间复杂性和构象熵。研究证明LVV-H7与AngII协同作用可稳定Gαq信号、增加β-arrestin通路的构象多样性，为GPCR变构调控和偏向性信号转导提供了新的动态生物标志物和熵分析框架。

　　

在G蛋白偶联受体（GPCR）的研究领域中，变构调节机制近年来备受关注，因为它为药物研发提供了超越传统正位结合的新策略。血管紧张素II 1型受体（AT1R）作为肾素-血管紧张素系统的关键受体，在高血压、心血管疾病等病理过程中扮演核心角色。然而，目前针对AT1R的药物仍存在选择性不高、副作用明显等问题。内源性肽类物质，如源自血红蛋白β链N端的LVV-血啡肽-7（LVV-H7），被发现能够以变构方式调节AT1R，但其动态作用机制及对信号通路复杂性的影响尚不明确。传统结合动力学和静态参数难以全面捕捉受体构象变化和信号动态，因此需要新的分析方法来揭示变构调节带来的时间维度的复杂性。

为此，研究人员在《Computational and Structural Biotechnology Journal》上发表了一项研究，采用实时生物发光共振能量转移（BRET）技术结合熵分析方法，深入探索了LVV-H7对AT1R信号动态的调控机制。该研究使用HEK293细胞模型，通过BRET实时监测了AT1R与Gαq和β-arrestin 2的相互作用，并进一步运用样本熵（SampEn）和多尺度Rényi熵（msRE）对信号时间序列进行量化，以评估LVV-H7对受体信号时序模式、构象多样性和复杂性的影响。

在方法上，研究团队主要采用了以下几种关键技术：一是利用BRET生物传感器在活细胞中实时监测AT1R与下游信号蛋白（Gαq和β-arrestin 2）的相互作用；二是应用非线性熵度量方法，包括SampEn和跨多个尺度（α从-10到10）的msRE，以分析信号时间序列的规则性和复杂性；三是基于核密度估计（KDE）计算概率分布，进而计算Rényi熵；四是通过统计学方法（如配对t检验和自助法）验证不同处理组之间的熵值差异。

研究结果部分，通过几个关键实验逐步揭示了LVV-H7的变构效应及其熵特征：

3.1. 通过实时BRET动力学分析证实LVV-H7的正向变构作用

研究发现，LVV-H7单独作用时并不激活AT1R，但与亚饱和浓度的AngII共同处理时，显著增强了AT1R与Gαq和β-arrestin 2的相互作用，BRET信号增强且动力学加快，证实了LVV-H7作为正向变构调节剂的协同效应。

3.2. 功能性的AT1R/Gαq与β-arrestin 2结合通过基于熵的方法进行分析

SampEn分析显示，不同配体条件下AT1R的构象动态存在显著差异：AngII单独作用时SampEn降低，信号更规则、可预测；LVV-H7单独处理则显著增加SampEn，提示构象复杂性升高；而AngII与LVV-H7联合使用时，SampEn进一步降低，表明受体信号架构更趋稳定。

多尺度Rényi熵（msRE）分析进一步揭示，在负α尺度（如α=-5），Gαq和β-arrestin通路对LVV-H7的响应呈现明显分歧：Gαq通路熵值降低，表明信号趋于单一主导状态；而β-arrestin通路熵值升高，反映出更广泛的构象多样性和微状态分布。最小Rényi熵（H_∞）分析也证实，联合处理时Gαq通路具有更低的构象不确定性，而β-arrestin则呈现更高的状态多样性。

3.3. 基于熵分析AngII结合及其在LVV-H7存在下的增强效应

通过结合动力学与熵分析的相关性研究发现，LVV-H7可提高AngII与AT1R结合的最大BRET响应（B_max），并显著降低结合过程中的SampEn和msRE值。这表明LVV-H7可能通过稳定受体构象、促进AngII嵌入正位结合口袋，增强其结合亲和力及信号效率。

综合讨论与结论，本研究首次将熵分析应用于AT1R变构调控的动态研究，表明LVV-H7能以通路特异性的方式调节受体信号的时间复杂性和构象熵。在Gαq通路中，LVV-H7与AngII协同稳定了受体- G蛋白复合物，降低了信号熵值，趋向于经典、可预测的激活模式；而在β-arrestin通路中，则显著增加构象多样性和熵值，可能支持非经典、多功能信号输出。这些发现与偏向性信号（biased signaling）的理论一致，说明变构调节剂如LVV-H7可通过影响受体微态能量景观，选择性地强化某一信号路径。

该研究的重要意义在于引入了熵作为动态生物标志物，可用于定量评估GPCR信号复杂性和变构效应，为开发更具选择性的GPCR调节药物提供了新思路。未来研究可进一步探索LVV-H7类似物是否能够差异化地调节AT1R下游通路，以及这些效应是否具有组织特异性，从而为心血管疾病和炎症疾病的精准治疗开辟新的途径。