专家点评！孙金鹏/于晓/刘忠民团队合作进一步揭示固醇类激素所作用的GPCR亚家族

北京时间2022年8月19日凌晨，山东大学于晓、孙金鹏教授研究团队与南方科技大学刘忠民教授团队通力合作，共同在Nat Chem Biol杂志上在线发表了题为“Structures of the ADGRG2-Gs complex in apo and ligand bound forms” 的研究论文。

该研究发现类固醇激素配体脱氢表雄酮(DHEA)、硫酸脱氢表雄酮(DHEAS)是粘附类孤儿受体ADGRG2的内源性激动剂，而且类固醇激素去氧皮质酮DOC是ADGRG2的内源性拮抗剂，并解析了DHEA与其膜受体ADGRG2结合的复合物电镜结构。

这项研究结果是识别类固醇激素的GPCR亚家族领域又一新进展，重塑了多年来人们对类固醇激素作用机制的认知。

类固醇激素，又称甾体激素，是一类具有环戊烷多氢菲母核的四环脂肪烃化合物。长期以来，内源性类固醇激素被认为人体生理重要的调节因子，它们在生长发育、维持体内环境稳态、保持心血管健康、调控生殖和保护认知方面都有重要作用。比如糖皮质激素能够调控糖代谢和机体应激反应，也是临床上应用最为广泛和有效的抗炎和免疫抑制剂，1950年美国的菲利普·肖瓦特·亨奇、爱德华·卡尔文·肯德尔和瑞士的塔德乌什·赖希施泰因便因为发现和应用糖皮质激素治疗风湿性疾病而获得了诺贝尔奖；盐皮质激素通过促使体内保留钠离子及排出过多的钾离子，调节水盐代谢；性激素孕酮对女性排卵、妊娠维持、乳腺发育等功能至关重要。以往的研究表明，类固醇激素主要是通过与核受体结合调控基因的转录，但多项研究表明它们除了激活核受体，还可以通过膜受体介导快速作用。然而，类固醇激素所作用的膜受体大部分一直未能真正确证，其快速作用机制依然成谜。

在20世纪80年代，中科院院士、神经生理学家陈宜张先生发现糖皮质激素具有快速作用，能够在2分钟内使豚鼠神经节神经元（ganglion neurons）发生膜电位超极化，Gi的抑制剂PTX能够抑制糖皮质激素的快速作用【1-4】，提示糖皮质激素的膜受体可能是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)。山东大学孙金鹏、于晓和易凡团队联合药物所徐华强教授和浙江大学张岩教授，通过大规模筛选发现糖皮质激素的膜受体是粘附类受体G家族的GPR97（ADGRG3），并解析了糖皮质激素-GPR97复合物的冷冻电镜结构，解开了几十年来学界中糖皮质激素快速作用的机制之谜。延续此工作，山东大学孙金鹏和于晓团队鉴定了孕酮和17-羟基孕酮的膜受体是粘附类受体GPR126（ADGRG6），通过系列研究揭示了识别固醇类激素的GPCR亚家族。

孙金鹏和于晓团队长期关注粘附类GPCR的配体发现、生理功能和信号转导机制研究。粘附类G蛋白偶联受体(adhesion G protein-coupled receptors, aGPCRs)是GPCRs超家族中的第二大家族，有33个成员，在许多重要生理过程中起到关键分子开关的作用，调控免疫反应、大脑发育、血管生成、骨骼生长、生殖及细胞命运决定等【5】。尽管aGPCRs调控多种生理功能，但大多数aGPCRs仍是孤儿受体，配体信息非常有限，限制了对其生物学效应的研究。

作为粘附类受体G家族的成员之一，粘附类受体ADGRG2，（又称GPR64或人附睾基因产物6），在男性生殖中发挥重要的调控作用。ADGRG2基因敲除的雄性小鼠精子数目减少，生殖力下降【6】，在人类中也发现ADGRG2的突变与男性不育密切相关【7】，因此ADGRG2被认为是治疗男性不育的潜在药物靶点。该研究团队前期发现了ADGRG2在附睾输出小管的非纤毛细胞顶膜与CFTR偶联形成信号复合体，调控氯离子电流以及输出小管的重吸收过程，对于精子运输和成熟至关重要（Elife 2018 ;7:e33432）。然而ADGRG2的内源性配体尚未发现，极大的限制了对其功能的深入研究和干预策略开发。

在这项最新研究中，该团队解析了Apo状态下的ADGRG2-Gs复合物电镜结构，发现在受体7TM上端有一个开放的潜在配体结合口袋，通过对类固醇小分子库中进行系统性筛选，发现并鉴定出ADGRG2的内源性激动剂DHEA、DHEAS和内源性拮抗剂去氧皮质酮（Deoxycorticosterone, DOC)，这些配体特异性激活或阻断ADGRG2下游Gs信号通路 (图1)。

研究人员进一步通过单颗粒冷冻电镜技术解析了DHEA-ADGRG2-Gs高分辨率结构，详细阐释了DHEA与ADGRG2相互作用，激活该受体，并与G蛋白偶联的清晰过程。此外，通过分子动力学模拟方法预测了DOC-ADGRG2结合模式，揭示了类固醇激素中性拮抗剂阻断激动剂诱导的Gs信号的作用机制。

综上所述，本研究中鉴定出粘附类受体ADGRG2的类固醇激素配体，实现了ADGRG2脱孤，并详细阐释了ADGRG2识别不同类固醇激素的分子机制。这些新发现的ADGRG2配体为进一步研究该受体在生殖系统中的功能提供了有用工具，也为靶向ADGRG2治疗男性不育的药物设计奠定了理论和结构基础。

山东大学于晓教授，孙金鹏教授、易凡教授和南方科技大学刘忠民教授为该论文的共同通讯作者。山东大学博士研究生林慧和郭盛超，基础医学院杨照研究员、南方科技大学博士研究生卜瑞倩，以及清华大学袁道鹏博士为共同第一作者。

该工作的许多研究结果是和生殖领域多位知名专家，包括山东大学赵涵教授、四川大学许文明教授、南通大学曾旭辉教授、和北京大学第三医院林浩成教授合作取得。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41589-022-01084-6

转自：“小柯生命”微信公众号

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