V2a型血管加压素/血管紧张素受体中cAMP信号传导的关键氨基酸残基：从进化视角解析G蛋白选择性机制

本研究聚焦V2a型血管加压素/血管紧张素受体（V2aR）的G蛋白选择性进化机制，通过构建青鳉鱼V2aR与V2bR嵌合体，首次揭示第二胞内环（ICL2）单个残基（Q180/V129）是调控Gαs 偶联的关键开关，其通过稳定与Gαs -αN链及β2/β3环的相互作用促进cAMP信号通路。该发现为GPCR功能进化及抗利尿激素相关疾病（如肾性尿崩症）的机制研究提供新靶点。

　　

在生命演化的长河中，G蛋白偶联受体（GPCR）家族如同一支精密的分子交响乐团，通过切换不同的G蛋白亚型（如Gα_q
和Gα_s
）来指挥细胞对外界信号的响应。其中，血管加压素（VP）及其非哺乳动物同源物血管紧张素（VT）的受体V2aR，因其独特的Gα_s
偶联特性而备受关注——它能激活cAMP通路，在肾脏抗利尿作用中扮演关键角色。然而，这个“音乐家”的进化史充满谜团：其祖先本是与Gα_q
共舞的钙离子（Ca²⁺
）信号专家，为何现代V2aR却改弦更张选择了Gα_s
？这个转变不仅关乎生命适应陆地环境的进化密码，更与人类肾性尿崩症（DI）等疾病的治疗靶点息息相关。

东京大学的研究团队以青鳉鱼（Oryzias latipes）为模型，展开了一场跨越4亿年的分子考古。这种小型鱼类同时保留着cAMP信号型V2aR2和Ca²⁺
信号型V2bR，堪称研究G蛋白选择性的“活化石”。通过构建系列嵌合受体并进行功能验证，研究者发现第二胞内环（ICL2）上一个看似普通的谷氨酰胺（Q180）竟是决定命运的关键——将其置换为V2bR的缬氨酸（V129）后，V2aR2的cAMP信号能力完全消失；反之，给V2bR装上Q180“开关”，竟能使其获得Gα_s
偶联的新技能。计算机模拟进一步揭示，Q180如同分子胶水，通过稳定ICL2与Gα_s
-αN链及β2/β3环的相互作用，优化了信号复合物的空间构象。这项发表于《General and Comparative Endocrinology》的研究，首次从进化视角破解了V2aR的“变节”之谜。

关键技术包括：1）基于青鳉鱼V2aR2/V2bR的嵌合受体构建；2）体外检测cAMP（[cAMP]_i
）和Ca²⁺
（[Ca²⁺
]_i
）信号动态；3）分子动力学模拟预测受体-G蛋白相互作用界面。

【研究结果】
• Ca²⁺
信号特征：野生型V2bR引发显著Ca²⁺
波动，而V2aR2几乎无响应，嵌合体H172Y意外增强V2bR的Ca²⁺
信号。
• cAMP信号开关：Q180V突变使V2aR2丧失90% cAMP产量，V129Q突变则让V2bR获得40% V2aR2的cAMP激活能力。
• 结构基础：ICL2的Q180与Gα_s
-αN链形成氢键网络，其空间位阻小于V129，更利于Gα_s
复合物稳定。

这项研究改写了传统认知——过去认为第三胞内环（ICL3）主导G蛋白选择性的观点被颠覆，ICL2的微观变异才是V2aR进化史中的“胜负手”。从临床角度看，Q180所在区域恰是人类V2R功能获得性突变（如R137C/L）的 hotspot，这为设计靶向ICL2的DI治疗药物提供了新思路。正如研究者Yoko Yamaguchi所述：“理解祖先受体如何‘重编程’G蛋白偏好性，不仅能解码脊椎动物登陆的分子适应策略，更为人工设计信号特异性GPCR奠定基础。”