钙离子感应受体(CaSR)双亮氨酸内吞基序调控时空特异性内体信号通路的机制研究

本研究揭示了钙离子感应受体(CaSR)通过C端双亮氨酸基序(-RHEPLL-)与AP2σ亚基相互作用，介导受体内吞并定向至Rab5/Rab4/Rab9标记的时空特异性内体信号通路。研究人员发现CaSR在早期内体中选择性招募Gαq/11维持持续信号，而临床变构调节剂西那卡塞可偏好性增强Rab4循环通路。该研究阐明了GPCR多维信号的结构基础，为靶向内体信号的治疗策略提供新思路。

　　

钙离子在人体生理调控中扮演着核心角色，而钙离子感应受体(CaSR)作为感知细胞外钙浓度变化的"分子传感器"，通过调控甲状旁腺激素释放维持钙稳态。这个广泛表达的G蛋白偶联受体(GPCR)不仅能激活多重G蛋白信号，还能从内体区室持续产生第二波信号——这种时空特异性的信号机制长期缺乏结构基础的解释。更令人困惑的是，临床发现AP2σ亚基突变会导致家族性低尿钙高钙血症3型(FHH3)，患者表现出严重的高钙血症和认知障碍，但突变如何干扰CaSR功能尚不明确。

英国伯明翰大学代谢与系统研究所的Rachael A. Wyatt等研究者通过多学科技术手段，首次揭示CaSR胞内区双亮氨酸基序作为"分子邮政编码"，指导受体进入动态时空信号网络的机制。这项发表于《iScience》的研究不仅阐明了GPCR信号传导的维度扩展原理，还为开发靶向特定内体通路的药物提供了理论依据。

研究团队采用NanoBiT分裂荧光素酶系统验证蛋白互作，通过TIRF显微镜实时观测受体内吞，结合BRET技术动态追踪CaSR与不同Rab蛋白标记的内体区室共定位。SIM超分辨成像精确解析受体亚细胞定位，辅以基因编辑、RNA干扰和药理学手段调控特定信号通路。

CaSR C端双亮氨酸内吞基序是AP2σ相互作用的关键
通过NanoBiT系统证实CaSR与AP2σ的结合依赖于其C端1009-1014位氨基酸序列，其中L1013/L1014双亮氨酸突变(AA)或FHH3相关AP2σ-R15H突变均会显著减弱相互作用。值得注意的是，激动剂钙离子或精胺能增强野生型蛋白的结合，但对突变体无效，提示配体可能通过调节构象促进AP2σ招募。

双亮氨酸基序调控CaSR内吞动力学
BSEP-CaSR标记的TIRF显微镜显示，AA突变使激动剂诱导的内吞减少40%，同时增强激动剂驱动膜插入信号(ADIS)。BRET实验进一步证实，AA突变或AP2σ-R15H均会导致Venus-Kras标记的膜表面CaSR滞留，而内吞抑制剂Dyngo-4a产生类似表型，证明该基序特异性调控激动剂依赖性内吞而非基础内吞。

Rab5/Rab4/Rab9介导的时空信号通路解析
BRET与超分辨成像揭示内化CaSR被分选至三条平行通路：早期内体(Rab5+)→循环内体(Rab4+)途径促进受体再循环；晚期内体(Rab9+)→高尔基体途径可能参与ADIS调控。关键发现是G_αq/11特异性招募至Rab5/Rab9内体，而G_αi/o/G_αs不参与此过程。Rab4/Rab9基因沉默会选择性削弱持续ERK信号，证实不同内体区室具有信号编码特异性。

变构调节剂的通路偏好性调控
临床药物西那卡塞展现出令人惊讶的空间偏向性：在增强Rab5/Rab4通路信号的同时，不影响Rab9通路。这种特性使其能挽救AP2σ-R15H细胞的信号缺陷，但需依赖内源性AP2σ功能。相反，拮抗剂NPS-2143广谱抑制各通路，为开发靶向特定内体信号的药物提供范例。

这项研究建立了GPCR内体信号的"邮政编码"理论：单个受体通过特定基序被分选至不同内体区室，实现G蛋白选择性和信号持续性的精确调控。从临床角度看，阐明了FHH3患者AP2σ突变导致高钙血症的分子机制，同时揭示西那卡塞可能通过增强内体信号发挥治疗作用。更广泛的意义在于，为GPCR药物开发提供了新范式——通过设计变构调节剂特异性靶向特定内体通路，有望实现更精准的生理调控和治疗。