推荐一篇发表在Nature上的文章“Allosteric modulation and biased signalling at free fatty acid receptor 2”，通讯作者是来自美国匹兹堡大学的Cheng Zhang，英国格拉斯哥大学的Graeme Milligan和英国贝尔法斯特女王大学的Irina Tikhonova。其中第一通讯作者Cheng Zhang教授的研究方向是利用结构生物学方法探索 GPCR 信号转导的分子机制。

游离脂肪酸受体FFA2（free fatty acid receptor 2）广泛表达于肠道上皮细胞和免疫细胞中，能够响应短链脂肪酸信号，在肥胖、糖尿病和炎症性肠病等多种代谢疾病中发挥关键作用，因此近年来FFA2已成为免疫代谢类疾病药物开发的重要靶点。其中备受关注的思路之一是合成正变构激动剂（positive allosteric modulator，PAMs），但目前已报道的PAM药物与FFA2结合的具体位点以及这些结合如何影响G蛋白信号通路等关键问题仍未被系统阐明。因此本文中作者针对目前已开发的FFA2多种PAMs小分子进行了评估。

作者首先应用GPCR药理学检测方法，分别分析了PAMs的信号激活谱系和偏倚信号特征，即FFA2与小分子结合后与下游的哪些蛋白互作：（1）激活Gi/o；（2）激活Gq/11；（3）招募β-arrestin。结果显示，这些PAMs有着不同的下游激活响应效果：compound 187为强效G蛋白偏向性激动剂，能激活Gi，但几乎不招募β-arrestin；AZ-1729表现出显著的Gi选择性，同时抑制Gq信号；4-CMTB则具有一定的Gi偏好性但激活谱系较广。作者还用cAMP还原试验检测了PAMs和已知的正构激动剂TUG-1375 之间是否存在协同作用，结果显示这些PAMs不仅可增强TUG-1375的效果，还表现出相互之间的协同效应，这一结果说明它们可能结合在多个互补的FFA2变构口袋中。

随后，作者利用冷冻电镜技术成功解析出了三种PAMs分别与FFA2-G蛋白复合物的三维结构，结果与预期一致，这些PAMs分别结合在两个空间上分离的变构口袋中，其中4-CMTB 在位点1结合，AZ-1729 和compound 187 在位点2结合，两个结合位点均位于GPCR的七重跨膜束和膜双层之间的界面，且4-CMTB 的结合位点1处于平坦且浅表的位置，这在GPCR的变构位点中并不多见。为了进一步理解这些PAMs所介导的偏向性信号传导机制，作者结合分子动力学模拟（MD）等方法，深入解析了位点2口袋与下游G蛋白的选择性互作，结果发现AZ-1729 和compound 187诱导了不同 ICL2构象，赋予了不同的G蛋白亚型选择性。而4-CMTB的变构效果和G蛋白选择性则与ICL2结构变化无关。

总的来说，本文鉴定了多种小分子与FFA2复合物结合的精确结构，并深入解析了小分子调控FFA2结构变化和信号传导的机制，为开发针对该家族GPCR的药物提供了有力信息。

本文作者：FTY

责任编辑：WYQ

DOI：10.1038/s41586-025-09186-6

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09186-6