基于MC1R支架构建新型荧光传感器FLAREMC实现体内α-MSH动态监测及其在能量平衡调控研究中的应用

本研究针对中枢黑皮质素系统中α-MSH释放动态监测技术缺失的问题，开发了基于黑皮质素1受体（MC1R）支架的荧光放大传感器FLAREMC。该传感器具备高选择性、光稳定性和可逆激活特性，成功应用于下丘脑室旁核的体内α-MSH检测，为食欲调控机制研究提供了突破性工具。

　　

能量平衡的调控是生命科学领域的核心问题之一，其中中枢黑皮质素系统通过衍生于前阿片黑皮质素原（POMC）的黑素细胞刺激激素（如α-MSH）和黑皮质素4受体（MC4R），以及与刺鼠相关蛋白（AgRP）的相互作用，扮演着关键角色。然而，由于缺乏能够在活体环境中实时、特异且高灵敏度监测α-MSH动态释放的工具，研究人员一直难以深入解析该系统的瞬时调控机制。这一技术瓶颈严重制约了人们对食欲异常和相关代谢疾病（如肥胖症）分子机制的理解。

为了突破这一局限，来自加拿大麦吉尔大学健康中心研究所的Yoon Namkung等研究团队在《Microchemical Journal》上发表论文，报道了一种基于黑皮质素1受体（MC1R）支架设计的新型遗传编码传感器——荧光放大黑皮质素受体传感器（FLARE_MC）。该传感器不仅实现了对α-MSH的高选择性检测，还具备辅助光降解能力，为在体研究黑皮质素信号提供了前所未有的技术手段。

研究团队运用了多项关键技术：首先利用MC1R受体 scaffold（支架）的膜表达特性及配体亲和性差异进行分子设计；将环化置换绿色荧光蛋白（cpGFP）整合入受体第三胞内环，构建传感器；在异源与同源表达细胞系中验证传感器药效学特性；通过G蛋白激活实验、β-arrestin（β-抑制蛋白）耦合实验和内化 assay 评估信号传导功能；利用显微荧光成像分析光稳定性和可逆光激活性能；最后在小鼠下丘脑室旁核（PVN）进行在体传感器表达及功能验证。

Methods

研究人员基于MC1R scaffold的优势——包括高质膜定位、对黑皮质素的高亲和性以及对AgRP的低亲和性——将cpGFP嵌入受体结构中，成功开发出FLARE_MC。该传感器在保留受体结构功能的基础上实现了荧光报告基因的精准集成。

Results

在药效与选择性方面，FLARE_MC在多种细胞模型中显示出对α-MSH和合成激动剂MTII的高效响应，而对逆激动剂AgRP无反应。信号传导特性研究表明，该传感器虽保留配体结合能力，但G蛋白激活水平显著降低，且不发生β-arrestin招募或受体内化，表明其成功解耦了下游信号通路，避免了干扰内源性MC4R功能。传感器还表现出优异的光物理特性：高光稳定性和可逆的光激活行为，使其适用于长期脑内记录。在体实验中，研究人员将FLARE_MC表达于小鼠下丘脑室旁核——这是α-MSH介导厌食效应的关键核团，成功监测到黑皮质素信号的相关动态变化。

Conclusions

FLARE_MC是全球首款高灵敏度的黑皮质素传感器，能够应用于培养细胞及活体环境下的黑皮质素系统研究。该工具极大推进了对食欲调控复杂动态过程的理解，为脑内相关生理与病理过程的解析提供了重要技术支撑。

这项研究的成功不仅解决了黑皮质素动态监测的长期技术难题，而且为GPCR（G蛋白偶联受体）类传感器的开发提供了新范式，对代谢疾病研究领域具有深远意义。