山东大学开辟新领域，山大团队发现GPCR作为平衡受体

近日，基础医学院孙金鹏教授团队、于晓教授团队联合东南大学柴人杰教授团队、山东大学易凡教授团队、浙江大学杨巍教授团队、华中科技大学同济医学院孙宇教授团队在Cell Research在线发表了题为A force-sensitive adhesion GPCR is required for normal equilibrioception的研究论文。研究团队筛选并鉴定出粘附类G蛋白偶联受体LPHN2是重要的平衡感知受体，阐明了其在平衡感知过程中的调控作用及分子机制，为平衡障碍疾病的治疗提供了潜在药物靶点。

山东大学基础医学院/国家卫健委耳鼻喉科学重点实验室教授杨照，山东大学基础医学院博士研究生周淑华、张琦悦、宋芷晨，山东省耳鼻喉医院教授刘闻闻，华中科技大学同济医学院教授孙宇和山东大学第二医院博士后王明威为本文的共同第一作者，孙金鹏教授、于晓教授、易凡教授，柴人杰教授和杨巍教授为共同通讯作者。本研究获得了北京脑科学与类脑研究中心教授熊巍、清华大学教授肖百龙、北京大学教授李毓龙和山东大学教授秦伟、徐志刚等大力支持和帮助。

平衡觉是人类感知三维空间的核心感觉，依赖于神经系统整合来自视觉系统、前庭系统和本体感觉系统的信息（平衡三联系统），其中前庭系统中的毛细胞是平衡感知的受体细胞。毛细胞顶端有纤毛束结构，当头部位置发生变化时，会导致纤毛偏转，位于纤毛顶部的顶连接（Tip link）介导机械敏感通道开放，完成机械信号向电信号的转换（Mechanoelectrical Transduction, MET），这一过程被认为是平衡感知的核心步骤。TMC1/2被认为是MET过程的潜在核心孔道蛋白，但其内源调控机制以及平衡感知过程的具体分子机制尚未完全明确。作为最大的膜蛋白家族和重要感觉受体的GPCR在此过程中是否发挥作用，也是领域内的未解之谜。

图二. 前庭毛细胞力感知受体的筛选与LPHN2的表达定位

孙金鹏教授团队自2012年起开始探索GPCR作为听觉和平衡觉受体的潜力。团队通过建立磁力介导的GPCR力感知筛选平台，从前庭毛细胞中筛选出至少5种具有机械敏感性的粘附类GPCR受体，其中LPHN2受体基因缺陷小鼠发生前庭眼反射等平衡功能障碍。进一步利用免疫荧光组织铺片染色结合共聚焦层扫技术，发现LPHN2在80%的前庭毛细胞顶膜表达。研究团队制备了毛细胞特异性LPHN2敲除小鼠，发现小鼠的平衡功能受损，但其毛细胞形态及MET通道组分并无明显异常，提示LPHN2可能直接参与平衡感知调控。

图三. LPHN2与TMC1形成功能偶联，调控MET过程

为研究LPHN2在前庭毛细胞的调控作用，团队采用全细胞膜片钳记录毛细胞的MET电流，发现LPHN2基因敲除小鼠的毛细胞（或LPHN2特异性抑制剂处理的毛细胞）MET电流相较于对照组减少约45%，但LPHN2基因敲除并不影响顶连接Tip link介导的MET电流。破坏纤毛的顶连接后，LPHN2基因敲除或者施用特异性LPHN2拮抗剂可以抑制残余正向MET电流。为探索LPHN2调控毛细胞MET过程的分子机制，研究团队联合采用生物化学、细胞生物学和电生理等多项技术，发现LPHN2与TMC1在毛细胞的顶膜存在直接相互作用，LPHN2可直接偶联TMC1调控其离子孔道开放，将外界机械信号转化为毛细胞内电信号，并促进毛细胞的钙信号和神经递质（谷氨酸）分泌。

孙金鹏教授团队长期从事膜受体GPCR的细胞信号转导和微观环境药理学研究，在GPCR对痒觉，嗅觉，味觉，听觉、机械力等感觉的感知机制中取得了系列成果：揭示了痒觉受体的内源性配体和独特的激活模式（Nature. 2021;600(7887):164-169）；和徐华强及张岩教授一起阐释了黏附类受体对力的感知机制并发展了多肽激动剂和拮抗剂（（Nature. 2022a 604(7907):771-778;Nature. 2022b 604(7907):763-770；Mol Cell. 2024;84(3):570-583.e7.）;解析了嗅觉受体对气味的感知机制(Nature. 2023 Jun;618(7963):193-200)。