基于MC1R支架开发新型FLAREMC传感器实现下丘脑α-MSH动态监测

本研究针对中枢黑色素皮质素系统动态监测难题，开发了基于MC1R支架的荧光传感器FLAREMC。该传感器具备高选择性（对α-MSH/MTII响应、不响应AgRP）、信号通路解耦（无G蛋白/β-arrestin激活）和光稳定性特征，成功应用于小鼠PVN区α-MSH信号动态记录，为食欲调控机制研究提供突破性工具。

　　

能量平衡的神经调控机制一直是代谢研究领域的核心议题。中枢黑色素皮质素系统通过源自前阿黑皮素（pro-opiomelanocortin, POMC）的黑色素细胞刺激激素（如α-MSH）和黑色素皮质素4受体（melanocortin 4 receptor, MC4R）以及刺豚鼠相关蛋白（agouti-related protein, AgRP）共同调控食欲与能量代谢。然而，由于缺乏能够在活体环境中实时监测α-MSH释放动态的高灵敏度工具，学界对黑色素皮质素信号时空特异性调控机制的理解始终存在局限。

为突破这一技术瓶颈，研究团队基于黑色素皮质素1受体（melanocortin 1 receptor, MC1R）支架开发了一种新型遗传编码传感器。MC1R因其高质膜表达特性、对黑色素皮质素的高亲和力以及对AgRP的低亲和力，成为理想的设计基础。通过将环状置换绿色荧光蛋白（circularly permuted green fluorescent protein, cpGFP）整合入受体结构，团队成功构建出命名为FLARE_MC（Fluorescence Amplified Receptor sensor for Melanocortin）的α-MSH特异性传感器。该研究成果发表于《Molecular Metabolism》，为中枢代谢调控研究提供了革命性工具。

关键技术方法包括：基于MC1R受体的传感器分子设计、cpGFP整合技术、体外细胞模型验证（采用异源性和同源性表达系统）、信号转导特性分析（G蛋白激活与β-arrestin耦合实验）、光物理特性检测（光稳定性与可逆光活化测试）以及小鼠下丘脑室旁核（paraventricular nucleus, PVN）的体内传感器表达与功能验证。

Methods

研究团队通过理性设计将cpGFP嵌入MC1R的第三胞内环区域，利用MC1R对α-MSH的高结合特异性（半数有效浓度EC₅₀为0.6 nM）和对AgRP的天然低敏感性（EC₅₀>1000 nM）构建传感器。在HEK293T细胞模型中验证其膜定位与功能响应，并通过cAMP检测、β-arrestin招募实验和内化 assay 分析其信号转导特性。

Results

FLARE_MC在体外实验中显示：对α-MSH和合成激动剂MTII具有纳摩尔级灵敏度（EC₅₀分别为0.8 nM和1.2 nM），而对AgRP无响应。该传感器表现出信号通路解耦特性——G_s蛋白激活能力降低80%，无β-arrestin1/2招募，且激动剂刺激后不发生内化。荧光特性分析表明其具备高光稳定性（>30分钟连续成像）和可逆光活化特性。在小鼠PVN区表达后，成功监测到禁食和再喂食状态下α-MSH信号的动态变化，且未干扰内源性MC4R信号通路。

Conclusions

FLARE_MC是首个能够在中枢神经系统内实现长时程、非干扰性监测α-MSH信号的遗传编码传感器。其独特的设计使研究者能够在不破坏内源性黑色素皮质素系统功能的前提下，解析食欲调控的神经环路动态机制。该工具为研究代谢疾病（如肥胖、厌食症）的神经基础提供了关键技术支撑，对开发靶向MC4R通路的新型 therapeutics 具有重要指导价值。