细胞外ATP增强B类GPCRs信号传导：降低延迟并提升激动剂效能的分子机制

本研究揭示了细胞外ATP作为B类G蛋白偶联受体(GPCRs)的正向调节剂，通过未明确的机制显著增强CTR、CRF1R等受体的激动剂诱导cAMP积累和β-arrestin招募，使激动剂效能提升达50倍并消除信号延迟。该发现为内分泌疾病治疗靶点开发提供了新思路。

　　

在生命活动的精密调控网络中，G蛋白偶联受体(GPCRs)作为最大的膜受体家族，其功能异常与众多疾病密切相关。其中B类GPCRs（又称分泌素样受体家族）包含15个成员，如甲状旁腺激素受体1型(PTH1R)、降钙素受体(CTR)和促肾上腺皮质激素释放因子受体(CRF1R)等，这些受体在内分泌、骨骼和中枢神经系统发育及稳态维持中发挥关键作用。尽管针对这类受体的药物研发近年来取得显著进展，但受体激活过程中存在的信号延迟现象以及激动剂效能不足等问题，始终是制约治疗效果的重要因素。

传统观点认为细胞外ATP主要通过激活嘌呤能受体发挥作用。然而近年研究发现，ATP可不依赖经典嘌呤能受体途径直接调节PTH1R信号传导。这一突破性发现引发重要思考：ATP的调节作用是否普遍存在于整个B类GPCR家族？其分子机制如何？这些问题对开发新型受体调节策略具有重要意义。

为解答这些科学问题，中国的研究团队在《Molecular Pharmacology》发表重要研究成果。研究人员采用活细胞cAMP生物传感器技术，结合蛋白质互补分析系统，系统考察了ATP对CTR、CRLR、CRF1R、PAC1R等B类GPCRs信号传导的影响。通过构建受体过表达细胞模型（如COS-7、HEK293H等）并利用内源性受体表达系统（如MCF-7、SaOS-2细胞），采用时间分辨动力学分析方法，揭示了ATP对受体功能的多重调节作用。

研究首先在降钙素受体(CTR)中取得突破。在UMR-106、MCF-7和COS-7三种细胞模型中，1.5 mM ATP使降钙素的EC₅₀
值降低7-50倍，最大cAMP反应提升30-135%。更惊人的是，ATP能完全消除低浓度激动剂（0.1-1 nM）诱导的cAMP积累延迟现象——在对照组需要30分钟达到最大信号速率时，ATP处理组在首个检测时间点（1.5分钟）即达峰值。这种"去延迟"效应与激动剂浓度呈负相关，提示ATP可能通过稳定受体-激动剂复合物或加速激活构象转变发挥作用。

在降钙素受体样受体(CRLR)系统中，研究揭示了受体活性修饰蛋白(RAMPs)非依赖的调节机制。虽然RAMP1/2/3共同表达决定CRLR对CGRP或肾上腺髓质素的响应特性，但ATP的增强作用不受RAMP亚型影响。特别值得注意的是，嘧啶核苷酸CMP能完全模拟ATP的效应，这排除了嘌呤能受体、ATP酶或外切激酶活性的参与，暗示核苷酸通过保守结合位点发挥作用。浓度效应曲线显示ATP的EC₅₀
为500 μM，Hill系数达3.2，提示可能存在协同结合或多分子相互作用。

对促肾上腺皮质激素释放因子受体(CRF1R)的研究获得类似发现：ATP和CMP使CRF的EC₅₀
降低30倍，同时消除信号延迟。相比之下，垂体腺苷酸环化酶激活多肽(PACAP)受体亚家族（PAC1R、VPAC1R、VPAC2R）展现出独特性质：这些受体本身几乎不表现信号延迟，但ATP仍能显著提升激动剂效能（PACAP在PAC1R的EC₅₀
降低10倍）。这种差异暗示不同B类GPCRs可能存在异构的调节机制。

研究还通过创新性的分裂荧光素酶互补实验证实，ATP的调节作用不限于cAMP通路。在PAC1R介导的β-arrestin-1招募过程中，ATP同样表现出增强效应，使PACAP的EC₅₀
值降低10倍。这一发现扩展了对ATP调节作用的认识，表明其可能影响受体与多种下游效应器的耦合效率。

这项研究系统阐明了细胞外ATP作为B类GPCRs通用增效剂的双重作用：既提高激动剂效能（最高达50倍），又消除信号传导延迟。其科学意义主要体现在三个方面：首先，揭示了核苷酸对GPCR功能调控的普适性机制，为理解受体门控提供新视角；其次，发现CMP与ATP的等效性暗示存在新型核苷酸结合域，这为靶向药物设计指明方向；最后，对信号延迟现象的解析为改善GPCR靶向药物的动力学特性提供理论依据。

在讨论部分，作者提出若干关键科学问题：ATP/CMP是通过直接结合受体还是作用于辅助蛋白发挥作用？为何PACAP受体亚家族不表现明显延迟？这些问题的解答将推动对GPCR激活机制的深入理解。特别值得注意的是，ATP在生理浓度(100-500 μM)即可产生显著调节效应，提示这一现象可能具有重要病理生理意义。鉴于B类GPCRs在内分泌疾病治疗中的核心地位，该发现为开发新型受体调节策略开辟了道路，例如设计稳定核苷酸类似物作为治疗增效剂，或通过调控细胞外ATP水平来改善受体功能。

这项研究不仅拓展了对GPCR信号调控的认知边界，更为开发针对骨质疏松、代谢紊乱和神经精神疾病的新型治疗策略提供了分子基础。未来研究将聚焦于解析ATP结合位点的结构特征，并探索其在动物模型中的治疗潜力，这些工作有望催生突破性的GPCR靶向治疗新方法。