力敏感粘附GPCR在平衡感知中的作用
学术背景
平衡感知（equilibrioception）是哺乳动物感知和导航三维世界的关键能力。这种能力依赖于前庭毛细胞（vestibular hair cells, VHCs）的快速机械电转导（mechanoelectrical transduction, MET）反应，该反应能够检测头部的位置和运动。尽管已有研究表明，跨膜通道样蛋白（transmembrane channel-like proteins, TMCs）是MET通道的关键组成部分，但关于平衡感知的分子机制仍有许多未解之谜。近年来，G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）作为机械力传感器的角色逐渐受到关注，尤其是在视觉、嗅觉和触觉等感官系统中。然而，GPCRs在前庭系统中的功能尚未得到充分研究。因此，本研究旨在探索GPCRs在平衡感知中的作用，特别是力敏感GPCR Lphn2（也称为ADGRL2）在前庭毛细胞中的功能。
论文来源
该研究由来自中国多个顶尖研究机构的团队合作完成，包括山东大学齐鲁医院、东南大学、华中科技大学等。研究团队由Zhao Yang、Shu-Hua Zhou、Qi-Yue Zhang等15位共同第一作者领导，通讯作者包括Wei Yang、Fan Yi、Ren-Jie Chai、Xiao Yu和Jin-Peng Sun。该论文于2025年2月18日在线发表在《Cell Research》期刊上，题目为《A force-sensitive adhesion GPCR is required for equilibrioception》。
研究流程与结果
1. 筛选前庭系统中的力敏感GPCRs
研究团队首先通过单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）分析了小鼠前庭毛细胞中30个GPCRs的表达情况，筛选出12个在超过20%的毛细胞中表达的GPCRs。随后，研究团队开发了一种高通量机械刺激实验，利用磁性镊子系统和GPCR生物传感器平台，检测这些GPCRs在机械力刺激下的激活情况。结果显示，Lphn2、Gpr133、Gpr126、Lphn3和Vlgr1这五个GPCRs在机械力刺激下能够激活Gi或Gs信号通路，表明它们具有机械敏感性。
2. Lphn2在前庭毛细胞中的表达与功能
研究团队进一步通过免疫染色和RNA原位杂交技术，确认Lphn2在小鼠前庭毛细胞的顶膜（apical membrane）上表达，而在毛细胞的纤毛（stereocilia）中未检测到Lphn2的表达。通过构建Lphn2条件性敲除小鼠模型，研究团队发现Lphn2缺失会导致小鼠的平衡行为异常，包括旋转行为和游泳能力的显著下降。此外，Lphn2缺失还导致前庭毛细胞的MET电流显著降低。
3. Lphn2调控前庭毛细胞的MET过程
为了进一步研究Lphn2在MET过程中的作用，研究团队利用流体喷射系统（fluid jet system）对前庭毛细胞进行机械刺激，并记录MET电流。结果显示，Lphn2缺失或使用Lphn2特异性抑制剂D11处理后，前庭毛细胞的MET电流显著降低。有趣的是，Lphn2缺失并不影响毛细胞纤毛的刚度或tip-link介导的MET电流，表明Lphn2调控的是一种独立于tip-link的MET过程。
4. Lphn2与Tmc1的功能耦合
研究团队通过免疫共沉淀和共聚焦显微镜技术，发现Lphn2与Tmc1在前庭毛细胞的顶膜上共定位。进一步的异源表达系统实验表明，Lphn2能够将机械力刺激转化为Tmc1通道开放概率的增加。此外，研究团队还开发了一种Tmc1特异性抑制剂C14，发现C14能够抑制Lphn2介导的MET电流，进一步支持了Lphn2与Tmc1在MET过程中的功能耦合。
5. Lphn2介导的神经递质释放与钙信号
研究团队还发现，Lphn2在机械力刺激下能够诱导前庭毛细胞释放谷氨酸（glutamate），并触发钙信号（Ca2+ signaling）。通过使用谷氨酸传感器和钙离子荧光探针，研究团队证实了Lphn2缺失或D11处理会显著降低机械力刺激下的谷氨酸释放和钙信号响应。
6. Lphn2的重表达恢复平衡功能
最后，研究团队通过腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV）将Lphn2重新表达在Lphn2缺失小鼠的前庭毛细胞中，发现Lphn2的重表达能够显著改善小鼠的平衡行为，并恢复前庭毛细胞的MET电流。这一结果表明，Lphn2在前庭系统中直接参与了平衡感知的调控。
结论与意义
本研究发现，力敏感GPCR Lphn2在前庭毛细胞的顶膜上表达，并通过与Tmc1的功能耦合，调控一种独立于tip-link的MET过程。Lphn2缺失会导致小鼠平衡行为异常和前庭毛细胞MET电流的显著降低，而Lphn2的重表达能够恢复这些功能。这一研究揭示了GPCRs在前庭系统中的重要作用，并为理解平衡感知的分子机制提供了新的视角。
研究亮点
- 首次揭示了GPCRs在前庭系统中的机械力感知功能：Lphn2作为力敏感GPCR，通过调控前庭毛细胞的MET过程，参与平衡感知。
- 发现了独立于tip-link的MET过程：Lphn2调控的MET电流不依赖于tip-link，表明前庭毛细胞的MET过程具有更高的复杂性。
- 开发了Lphn2和Tmc1的特异性抑制剂：D11和C14的开发为研究Lphn2和Tmc1的功能提供了有力的工具。
- 通过AAV重表达恢复了平衡功能：这一结果为治疗前庭功能障碍提供了潜在的治疗策略。
其他有价值的信息
研究团队还发现，Lphn2在前庭毛细胞中的表达模式与在耳蜗毛细胞中有所不同，表明Lphn2在不同感官系统中的功能可能存在差异。此外，研究团队还提出了Lphn2与Tmc1的相互作用模式，为未来研究GPCRs与离子通道的功能耦合提供了新的思路。
这篇研究不仅深化了我们对平衡感知分子机制的理解，还为开发治疗前庭功能障碍的新方法提供了理论基础。通过揭示GPCRs在前庭系统中的功能，该研究为感官生物学领域开辟了新的研究方向。