光交聯(lián)輔助”去孤兒化”技術(shù)揭示代謝調(diào)控中GPR50與L-LEN的配對新機制
G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)作為最大的膜蛋白家族，是細胞感知胞外信號并啟動下游級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵門戶，也是現(xiàn)代藥物研發(fā)的核心靶點。然而，目前仍有約100種GPCR屬于“孤兒受體”——其內(nèi)源性配體未知，這限制對其生物學(xué)功能的深入探索和相關(guān)藥物的開發(fā)。傳統(tǒng)的GPCR去孤兒化方法存在諸多局限，比如基于文庫的篩選難以高效識別內(nèi)源性配體；生物提取物的生化分離方法需大量樣品且易造成成分損失；虛擬篩選和生物信息學(xué)的預(yù)測仍需復(fù)雜的體內(nèi)驗證。總體而言，迫切需要一個有效和可推廣的平臺來實現(xiàn)GPCR去孤兒化。
2026年1月，中國聯(lián)合研究團隊在NATURE CHEMICAL BIOLOGY發(fā)表題為“Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism”的研究。該研究建立了一種通用的光交聯(lián)劑輔助的GPCR去孤兒化平臺，并利用該平臺成功鑒定孤兒受體GPR50的配體為神經(jīng)肽LITTLE-LEN(L-LEN)，系統(tǒng)地研究了它們在蛋白質(zhì)、細胞、組織和動物水平上的相互作用，揭示了一條新的代謝調(diào)控通路。
文章中的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析使用PEAKS Online軟件完成。
01--研究方法
作者先搭建并驗證通用平臺，鎖定GPR50為目標受體。由于配體性質(zhì)未知，故以蛋白質(zhì)組學(xué)和交聯(lián)肽組學(xué)的方法尋找內(nèi)源配體，隨后進行系統(tǒng)功能研究。蛋白質(zhì)組學(xué)與交聯(lián)肽組學(xué)的互補分析，極大地提升了從復(fù)雜樣本中鑒定各類潛在配體的能力。其中，蛋白質(zhì)組學(xué)針對具有胰酶切位點的長肽游離片段；交聯(lián)肽組學(xué)直接鑒定短肽與GPR50形成的交聯(lián)肽，通過質(zhì)譜峰面積積分，定量候選肽在交聯(lián)樣本中的富集程度，為后續(xù)功能驗證提供優(yōu)先級依據(jù)。這些設(shè)計確保即使在復(fù)雜生物體系中也能完成GPCR去孤兒化。
02--平臺建立
研究者將光敏氨基酸DiZPK(3-(3-methyl-3H-diazirine-3-yl)-propaminocarbonyl-Nε-l-lysine)通過基因工程手段定點引入GPCR的配體結(jié)合口袋附近。紫外照射后，DiZPK生成高活性卡賓中間體，與鄰近配體形成共價鍵，從而穩(wěn)定并捕獲配體-受體復(fù)合物。以已知受體-配體對為模型，作者證明該交聯(lián)系統(tǒng)能夠在生理相關(guān)的條件下從內(nèi)源樣本中有效、特異性地捕獲配體-受體復(fù)合物。此外，該技術(shù)適用于肽類、單胺類、脂質(zhì)類及萜類(如阿片受體激動劑 salvinorin A)等多種配體，顯示出良好的通用性。
03--內(nèi)源配體識別
利用上述平臺，研究聚焦于代謝相關(guān)的孤兒受體GPR50。首先，作者借助AlphaFold預(yù)測GPR50結(jié)構(gòu)，并在其潛在配體結(jié)合口袋附近設(shè)計多位點引入光交聯(lián)探針DiZPK。隨后，采用互補的蛋白質(zhì)組學(xué)與交聯(lián)肽組學(xué)策略分析交聯(lián)復(fù)合物。通過對富集產(chǎn)物的篩選與比對，最終選擇一個十氨基酸神經(jīng)肽L-LEN為候選配體。
結(jié)合后續(xù)的功能實驗，研究人員確認L-LEN能以納摩爾級親和力特異性激活GPR50，進一步使用可裂解交聯(lián)劑進行的質(zhì)譜分析則直接檢測到二者的共價交聯(lián)肽段，從物理相互作用層面驗證了二者結(jié)合。結(jié)構(gòu)-功能分析顯示，L-LEN C末端暴露對其受體激活至關(guān)重要，而GPR50的胞外環(huán)及跨膜區(qū)特定殘基構(gòu)成主要結(jié)合界面。這些實驗結(jié)果與AlphaFold的預(yù)測模型高度吻合，共同闡明了L-LEN與GPR50相互作用的分子基礎(chǔ)。
04--功能解析
在明確配對關(guān)系后，作者進一步解析L-LEN-GPR50信號軸的功能。在細胞層面，L-LEN抑制表達GPR50神經(jīng)元的自發(fā)鈣活動，該效應(yīng)可被內(nèi)向整流鉀通道抑制劑阻斷。組織層面，GPR50高表達于下丘腦背內(nèi)側(cè)部（DMH）的GABA能神經(jīng)元和腦室周細胞，定量質(zhì)譜測得該區(qū)域L-LEN的內(nèi)源性濃度足以激活這些細胞的活性。體內(nèi)功能實驗證實，腦室注射L-LEN可選擇性激活下丘腦中GPR50陽性細胞的早期基因表達，該效應(yīng)在GPR50敲除小鼠中完全消失。腦片電生理記錄證實，L-LEN能特異性抑制這些GPR50陽性神經(jīng)元的電活動。這些從體外到體內(nèi)、從分子到細胞的多層次證據(jù)共同表明，L-LEN作為GPR50的內(nèi)源性配體，在生理環(huán)境下對該受體表達細胞起到抑制性調(diào)控作用。
05--代謝調(diào)控機制
在生理與病理層面，禁食或瘦素缺乏狀態(tài)下小鼠下丘腦L-LEN水平與能量代謝狀態(tài)呈正相關(guān)。缺失L-LEN或GPR50均會導(dǎo)致下丘腦-垂體-甲狀腺軸活性下降，并顯著提高禁食誘導(dǎo)的低溫蟄伏發(fā)生率。外源補充L-LEN可特異性逆轉(zhuǎn)野生型小鼠的代謝抑制與體溫下降，但對Gpr50敲除小鼠無效，證明L-LEN–GPR50信號軸是中樞調(diào)控能量消耗與體溫適應(yīng)的關(guān)鍵通路。機制上，該信號通過下丘腦-垂體-甲狀腺軸調(diào)節(jié)激素分泌，并經(jīng)由交感神經(jīng)激活棕色脂肪產(chǎn)熱，實現(xiàn)腦-外周協(xié)同調(diào)控。
總結(jié)
此研究設(shè)計并驗證了一個高效、通用的光交聯(lián)劑輔助的GPCR去孤兒化平臺，實現(xiàn)了在近生理環(huán)境下對GPCR的高效、特異性去孤兒化，并深入解析了GPR50–L-LEN信號軸在能量代謝平衡中的作用。該工作不僅拓展了哺乳動物代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其建立的光交聯(lián)輔助平臺也為系統(tǒng)性地攻克剩余孤兒GPCR提供了通用的研究范式，有望推動相關(guān)基礎(chǔ)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)及未來代謝性疾病治療新靶點的開發(fā)。
參考文獻：
Wu R, Li N, Wen Z, et al. Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50-L-LEN pairing in metabolism. Nat Chem Biol. Published online January 6, 2026. doi:10.1038/s41589-025-02098-6
關(guān)于BSI
作為生物信息學(xué)的領(lǐng)軍企業(yè)，BSI專注于蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥領(lǐng)域，通過機器學(xué)習(xí)和先進算法提供世界領(lǐng)先的質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析軟件和蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)解決方案，以推進生物學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)的卓越洞見。旗下著名的PEAKS®️系列軟件在全世界擁有數(shù)千家學(xué)術(shù)和工業(yè)用戶，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽組發(fā)現(xiàn)服務(wù)和抗體綜合表征服務(wù)等。聯(lián)系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
2026年1月，中國聯(lián)合研究團隊在NATURE CHEMICAL BIOLOGY發(fā)表題為“Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism”的研究。該研究建立了一種通用的光交聯(lián)劑輔助的GPCR去孤兒化平臺，并利用該平臺成功鑒定孤兒受體GPR50的配體為神經(jīng)肽LITTLE-LEN(L-LEN)，系統(tǒng)地研究了它們在蛋白質(zhì)、細胞、組織和動物水平上的相互作用，揭示了一條新的代謝調(diào)控通路。
文章中的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析使用PEAKS Online軟件完成。
01--研究方法
作者先搭建并驗證通用平臺，鎖定GPR50為目標受體。由于配體性質(zhì)未知，故以蛋白質(zhì)組學(xué)和交聯(lián)肽組學(xué)的方法尋找內(nèi)源配體，隨后進行系統(tǒng)功能研究。蛋白質(zhì)組學(xué)與交聯(lián)肽組學(xué)的互補分析，極大地提升了從復(fù)雜樣本中鑒定各類潛在配體的能力。其中，蛋白質(zhì)組學(xué)針對具有胰酶切位點的長肽游離片段；交聯(lián)肽組學(xué)直接鑒定短肽與GPR50形成的交聯(lián)肽，通過質(zhì)譜峰面積積分，定量候選肽在交聯(lián)樣本中的富集程度，為后續(xù)功能驗證提供優(yōu)先級依據(jù)。這些設(shè)計確保即使在復(fù)雜生物體系中也能完成GPCR去孤兒化。
02--平臺建立
研究者將光敏氨基酸DiZPK(3-(3-methyl-3H-diazirine-3-yl)-propaminocarbonyl-Nε-l-lysine)通過基因工程手段定點引入GPCR的配體結(jié)合口袋附近。紫外照射后，DiZPK生成高活性卡賓中間體，與鄰近配體形成共價鍵，從而穩(wěn)定并捕獲配體-受體復(fù)合物。以已知受體-配體對為模型，作者證明該交聯(lián)系統(tǒng)能夠在生理相關(guān)的條件下從內(nèi)源樣本中有效、特異性地捕獲配體-受體復(fù)合物。此外，該技術(shù)適用于肽類、單胺類、脂質(zhì)類及萜類(如阿片受體激動劑 salvinorin A)等多種配體，顯示出良好的通用性。
圖1 光交聯(lián)輔助GPCR去孤兒化平臺的研制與表征
03--內(nèi)源配體識別
利用上述平臺，研究聚焦于代謝相關(guān)的孤兒受體GPR50。首先，作者借助AlphaFold預(yù)測GPR50結(jié)構(gòu)，并在其潛在配體結(jié)合口袋附近設(shè)計多位點引入光交聯(lián)探針DiZPK。隨后，采用互補的蛋白質(zhì)組學(xué)與交聯(lián)肽組學(xué)策略分析交聯(lián)復(fù)合物。通過對富集產(chǎn)物的篩選與比對，最終選擇一個十氨基酸神經(jīng)肽L-LEN為候選配體。
結(jié)合后續(xù)的功能實驗，研究人員確認L-LEN能以納摩爾級親和力特異性激活GPR50，進一步使用可裂解交聯(lián)劑進行的質(zhì)譜分析則直接檢測到二者的共價交聯(lián)肽段，從物理相互作用層面驗證了二者結(jié)合。結(jié)構(gòu)-功能分析顯示，L-LEN C末端暴露對其受體激活至關(guān)重要，而GPR50的胞外環(huán)及跨膜區(qū)特定殘基構(gòu)成主要結(jié)合界面。這些實驗結(jié)果與AlphaFold的預(yù)測模型高度吻合，共同闡明了L-LEN與GPR50相互作用的分子基礎(chǔ)。
圖3 L-LEN作為GPR50內(nèi)源性配體的鑒定
04--功能解析
在明確配對關(guān)系后，作者進一步解析L-LEN-GPR50信號軸的功能。在細胞層面，L-LEN抑制表達GPR50神經(jīng)元的自發(fā)鈣活動，該效應(yīng)可被內(nèi)向整流鉀通道抑制劑阻斷。組織層面，GPR50高表達于下丘腦背內(nèi)側(cè)部（DMH）的GABA能神經(jīng)元和腦室周細胞，定量質(zhì)譜測得該區(qū)域L-LEN的內(nèi)源性濃度足以激活這些細胞的活性。體內(nèi)功能實驗證實，腦室注射L-LEN可選擇性激活下丘腦中GPR50陽性細胞的早期基因表達，該效應(yīng)在GPR50敲除小鼠中完全消失。腦片電生理記錄證實，L-LEN能特異性抑制這些GPR50陽性神經(jīng)元的電活動。這些從體外到體內(nèi)、從分子到細胞的多層次證據(jù)共同表明，L-LEN作為GPR50的內(nèi)源性配體，在生理環(huán)境下對該受體表達細胞起到抑制性調(diào)控作用。
圖4 L-LEN和GPR50在調(diào)節(jié)細胞活動和動物生理中的體內(nèi)協(xié)同作用
05--代謝調(diào)控機制
在生理與病理層面，禁食或瘦素缺乏狀態(tài)下小鼠下丘腦L-LEN水平與能量代謝狀態(tài)呈正相關(guān)。缺失L-LEN或GPR50均會導(dǎo)致下丘腦-垂體-甲狀腺軸活性下降，并顯著提高禁食誘導(dǎo)的低溫蟄伏發(fā)生率。外源補充L-LEN可特異性逆轉(zhuǎn)野生型小鼠的代謝抑制與體溫下降，但對Gpr50敲除小鼠無效，證明L-LEN–GPR50信號軸是中樞調(diào)控能量消耗與體溫適應(yīng)的關(guān)鍵通路。機制上，該信號通過下丘腦-垂體-甲狀腺軸調(diào)節(jié)激素分泌，并經(jīng)由交感神經(jīng)激活棕色脂肪產(chǎn)熱，實現(xiàn)腦-外周協(xié)同調(diào)控。
圖5 L-LEN-GPR50信號對能量消耗和體溫的代謝狀態(tài)調(diào)節(jié)
總結(jié)
此研究設(shè)計并驗證了一個高效、通用的光交聯(lián)劑輔助的GPCR去孤兒化平臺，實現(xiàn)了在近生理環(huán)境下對GPCR的高效、特異性去孤兒化，并深入解析了GPR50–L-LEN信號軸在能量代謝平衡中的作用。該工作不僅拓展了哺乳動物代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其建立的光交聯(lián)輔助平臺也為系統(tǒng)性地攻克剩余孤兒GPCR提供了通用的研究范式，有望推動相關(guān)基礎(chǔ)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)及未來代謝性疾病治療新靶點的開發(fā)。
參考文獻：
Wu R, Li N, Wen Z, et al. Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50-L-LEN pairing in metabolism. Nat Chem Biol. Published online January 6, 2026. doi:10.1038/s41589-025-02098-6
關(guān)于BSI
作為生物信息學(xué)的領(lǐng)軍企業(yè)，BSI專注于蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥領(lǐng)域，通過機器學(xué)習(xí)和先進算法提供世界領(lǐng)先的質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析軟件和蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)解決方案，以推進生物學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)。我們通過基于AI的計算方案，為您提供對蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)的卓越洞見。旗下著名的PEAKS®️系列軟件在全世界擁有數(shù)千家學(xué)術(shù)和工業(yè)用戶，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽組發(fā)現(xiàn)服務(wù)和抗體綜合表征服務(wù)等。聯(lián)系方式：021-60919891；sales-china@bioinfor.com
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