"揭示apelin受体-β-arrestin复合物的变构机制：心血管代谢疾病靶向治疗新范式"

本研究针对APJR（apelin受体）在心血管代谢疾病治疗中存在的β-arrestin通路激活副作用问题，通过冷冻电镜技术解析了APJR-β-arrestin1复合物的2:2和2:1变构比例结构，首次发现class A GPCR（G蛋白偶联受体）与β-arrestin的多聚体耦合模式，揭示了Y2716.58-F2917.35钳制基序等关键信号偏置调控位点，为开发Gi蛋白偏向性药物提供了结构基础。

　　

心血管代谢疾病领域长期存在一个关键矛盾：apelin受体（APJR）既能通过Gi蛋白通路产生心脏保护作用，又可能通过β-arrestin通路引发心肌肥大等副作用。这种"双刃剑"特性严重阻碍了靶向APJR的药物开发。更棘手的是，尽管科学家已解析出APJR-Gi蛋白复合物结构，但APJR如何与β-arrestin相互作用始终是个未解之谜，就像拼图缺少了关键一块。

中国的研究人员通过冷冻电镜技术成功捕获了三种不同构型的APJR-β-arrestin1复合物结构，相关成果发表在《Nature Communications》。这项研究首次发现APJR能以2:2和2:1两种变构比例与β-arrestin结合，打破了class A GPCR（G蛋白偶联受体）只能以1:1比例结合β-arrestin的传统认知。通过构建F101^1.44A二聚体开关突变体，研究人员还获得了高分辨率单体复合物结构，为理解受体多聚化调控提供了新视角。

研究主要采用冷冻电镜三维重构技术解析复合物结构，结合BRET（生物发光共振能量转移）技术进行功能验证。通过构建V2R（血管加压素受体）C端融合蛋白增强复合物稳定性，利用scFv30抗体片段标记β-arrestin1，并引入GRK2（GPCR激酶2）促进受体磷酸化。

APJR-βarr1复合物的变构比例

研究获得3.5?分辨率的野生型APJR-β-arrestin1复合物结构，首次观察到2:2和2:1两种耦合模式。通过二聚体开关突变F101^1.44A获得3.2?高分辨率单体复合物，发现β-arrestin指环在单体中插入更深，与R127^3.50形成额外相互作用，该位点被确认为β-arrestin功能开关。

配体结合口袋的构象变化

比较Gi和β-arrestin耦合状态下cmpd644（临床药物BGE-105类似物）的结合模式，发现β-arrestin耦合时配体甲基嘧啶基团下移1?，引发Y271^6.58-F291^7.35钳制基序构象重排。功能实验显示F291^7.35A突变完全阻断信号传导，证实该基序的关键作用。

偏向性信号的结构基础

发现N^1.49P^7.50xxY^7.53和L^1.51Y^5.58L^6.40两个新型调控基序：前者在β-arrestin耦合时发生显著构象变化；后者形成疏水网络调控信号偏置，其中L120^1.51A突变使β-arrestin招募效率降低80%，而对Gi信号影响较小。

这项研究建立了APJR信号偏置的结构框架：二聚化状态调控β-arrestin招募效率，2:2构型实现完全激活；胞外Y271^6.58-F291^7.35钳制基序与胞内L^1.51Y^5.58L^6.40基序协同决定信号通路选择。这些发现不仅为开发Gi偏向性APJR激动剂治疗心衰提供精确设计蓝图，更革新了对class A GPCR-arrestin相互作用机制的认知，开创了多聚体耦合研究新范式。