GPR55受体介导的溶血磷脂立体异构体通过不同Gα亚基发挥差异性功能机制研究

本研究针对GPR55受体配体溶血磷脂酰葡萄糖苷(LysoPtdGlc)的立体异构体(R型和S型)如何通过不同G蛋白亚基(Gα13 与GαS )介导相反神经导向功能的科学问题，通过分子动力学模拟结合体外神经元导向实验和体内疼痛行为学分析，首次揭示立体构型决定LysoPtdGlc激活GPR55的信号通路选择性：R型通过Gα13 /Rho通路介导轴突排斥，而S型通过GαS /cAMP通路诱导趋化吸引。该发现为GPCR偏向性信号转导机制提供了结构生物学基础，并为疼痛治疗靶点开发提供新思路。

　　

在神经系统的精密调控网络中，G蛋白偶联受体(GPCR)如同分子开关般调控着复杂生理过程。其中GPR55受体因其独特的配体识别特性备受关注——它既能被内源性溶血磷脂激活，又参与疼痛感知和神经发育调控。然而长久以来，科学界面临一个有趣却未被解答的问题：结构高度相似的生物活性分子立体异构体，是否通过同一受体激活截然不同的下游通路？

这项发表于《Journal of Biological Chemistry》的研究由日本理化学研究所等机构联合完成。研究人员聚焦于从胎鼠脑组织发现的特殊现象：天然存在的溶血磷脂酰葡萄糖苷(LysoPtdGlc)实际是R型(G3P构型)与S型(G1P构型)以6:1比例组成的立体异构体混合物。前期工作已证实R型通过GPR55/Gα₁₃
通路介导轴突排斥，但占少数的S型功能仍是未解之谜。

研究团队采用多学科交叉策略：通过分子动力学模拟预测异构体与受体结合模式差异；利用独创的立体选择性合成技术获得高纯度R/S-LysoPtdGlc；结合鸡胚和转基因小鼠背根神经节(DRG)神经元体外导向实验；最后在小鼠鞘内给药模型中验证体内功能。关键技术包括：1)基于CHARMM力场的GPR55/Gα₁₃
复合体分子动力学模拟；2)微管吸吮式轴突导向实时成像系统；3)Gα亚基特异性抑制肽干扰技术；4)von Frey纤维机械痛觉阈值检测。

分子模拟揭示结合差异
模拟显示R-LysoPtdGlc稳定结合于GPR55口袋，而S型则倾向于脱离结合位点。关键发现是两者对受体"门控"残基(Asp13-Lys165)距离的影响差异：R型维持<0.6 nm的盐桥闭合状态，S型则导致开口扩大。这提示S型可能诱导受体构象变化，进而激活不同G蛋白。

体外实验证实通路分化
在DRG神经元中，10 μM S-LysoPtdGlc引发惊人的趋化吸引效应，与R型的排斥作用形成镜像反应。基因敲除和药理学实验证实该效应严格依赖GPR55，但信号通路截然不同：S型通过Gα_S
激活腺苷酸环化酶(AC)，而R型依赖Gα₁₃
/Rho激酶(ROCK)。特异性抑制实验显示，仅Gα_S
抑制肽能阻断S型效应，且不影响其他GPCR非依赖的导向因子如神经生长因子(NGF)的活性。

体内验证立体选择性
鞘内注射2.5 nmol R-LysoPtdGlc可显著降低野生型小鼠机械痛阈(从1.4g降至0.6g)，而Gpr55^-/-
小鼠无此反应。值得注意的是，同等剂量S型对痛觉无影响，且预注射S型不干扰R型的致痛作用，说明两者在体内通过独立机制发挥作用。

这项研究首次在原子层面解析了LysoPtdGlc立体异构体"同受体不同通路"的分子基础：G3P构型的R型通过传统Gα₁₃
通路介导发育性轴突排斥和痛觉敏化，而古菌样G1P构型的S型可能代表一条进化保守的Gα_S
激活途径。该发现不仅拓展了对"脂质分化"假说的理解——真核细胞中可能存在更多未被发现的G1P类脂质信号分子，更重要的是为GPCR偏向性药物设计提供了新范式：通过精确调控配体手性中心，有望实现特定下游通路的选择性激活。在转化医学层面，针对GPR55/R-LysoPtdGlc通路的干预可能为机械性疼痛治疗开辟新途径。