GPR39介导的胆汁酸分子信号转导机制研究：从多通路激活到关键残基鉴定

《Journal of Biological Chemistry》：GPR39 mediated molecular signaling by bile acids

本研究揭示了GPR39作为3-O-硫酸化胆汁酸（LCAS/TLCAS/GLCAS）受体的新功能，通过电生理记录、NanoBiT和ONE-GO等技术证实其可激活Gαq/Gαi/Gα12/13等多条通路，并鉴定出E116、R302等关键激活残基，为胆汁酸信号调控代谢疾病提供了新靶点。

　　

胆汁酸（Bile Acids, BAs）作为消化过程中的"乳化剂"早已为人熟知，但近年研究发现它们还具有重要的信号分子功能。然而，胆汁酸如何通过特定受体调控细胞信号通路，尤其是其分子机制和生理病理意义，仍是未解之谜。G蛋白偶联受体（GPCR）家族中的GPR39曾被认为是锌离子（Zn²⁺）的受体，但其内源性配体和下游信号网络存在争议。2024年，复旦大学团队发现GPR39是3-O-硫酸化胆汁酸（如LCAS、TLCAS、GLCAS）的功能性受体，但相关信号通路全景尚未阐明。本研究发表于《Journal of Biological Chemistry》，系统揭示了GPR39介导的胆汁酸多维度信号转导机制。

研究人员采用非洲爪蟾卵母细胞电生理记录、NanoBiT G蛋白招募测定、ONE-GO生物传感器、钙成像（FLIPR）等多种技术，结合基因敲除小鼠模型和分子对接模拟，对GPR39的激活机制进行了系统性探索。

BA activation of GPR39 in Xenopus oocytes demonstrated by electrophysiological recordings

通过双电极电压钳技术，研究发现LCAS在表达GPR39的卵母细胞中诱发剂量依赖性内向电流，EC₅₀为117 μM，且可被Gα_q抑制剂YM254890和钙激活氯通道抑制剂Caccinh-A01阻断。共表达GIRK通道实验进一步证实LCAS通过Gα_i通路激活钾电流，表明GPR39可同时耦合Gα_q和Gα_i信号。

GPR39 recruitment of Gα_q, Gα_i, and Gα_12/13proteins after LCAS activation

NanoBiT实验显示LCAS激活的GPR39可招募Gα_q、Gα_i和Gα₁₂（非Gα_s），其中Gα_i效能最高（EC₅₀=58.0 μM）。ONE-GO技术进一步揭示GPR39激活9种Gα亚型，涵盖Gα_q、Gα_i/o家族（Gα_i1/Gα_i2/Gα_i3/Gα_oA/Gα_oB/Gα_z）和Gα_12/13家族。β-抑制蛋白招募实验表明Zn²⁺可增强LCAS诱导的β-抑制蛋白1/2招募。

Comparison of BAs in activating signaling downstream of GPR39

30种胆汁酸筛选发现仅三种硫酸化形式（LCAS、TLCAS、GLCAS）可激活GPR39。ONE-GO检测证实三者均激活Gα_q/Gα_i/Gα_12/13通路，且LCAS对Gα_i激活效能最强。

Differential signaling initiated by LCAS and Zn²⁺activation of GPR39

Zn²⁺激活的Gα谱与LCAS相似，但对Gα_i1/Gα_i2/Gα_i3的最大效应值显著低于LCAS，而所有Gα亚型的EC₅₀值均低于LCAS，表明Zn²⁺效能更高但效应较弱。

GPR39 residues required for BA and Zn²⁺signaling

通过点突变筛选发现E116和R302突变使GPR39对Zn²⁺完全无反应，V166A/Y334A突变显著降低对LCAS的敏感性。AlphaFold3结构预测和DiffDock分子对接提出"静环模型"：R302-D330和R303-E116盐桥稳定TM6，配体结合破坏相互作用后触发受体激活。

Activation of GPR39 by LCAS induces ERK phosphorylation in primary acinar cells and hepatocytes

在野生型小鼠胰腺腺泡细胞和肝细胞中，LCAS显著提升ERK1/2磷酸化水平，而Gpr39基因敲除后该效应消失，证实GPR39介导胆汁酸对ERK通路的调控。

本研究通过多技术平台验证了GPR39作为硫酸化胆汁酸受体的功能，绘制了其下游G蛋白信号网络图谱，揭示了胆汁酸-GPR39信号轴在消化系统中的重要调控作用。发现的信号偏置特征和关键激活残基为靶向GPR39的代谢性疾病药物设计提供了理论依据。特别值得注意的是，硫酸化胆汁酸通过GPR39激活Gα_i信号可能拮抗GPBAR1（Gα_s耦合）的cAMP通路，这种双向调控机制为理解胆汁酸在胃肠道中的功能特异性提供了新视角。研究成果不仅深化了对GPR39生物学功能的认识，也为相关代谢性疾病的干预策略开辟了新路径。