2022年6月9日，华中科技大学生命科学与技术学院刘剑峰教授课题组在著名的Nature杂志子刊Nature Chemical Biology杂志上在线发表了题为“Nanobody-based sensors reveal a high proportion of mGlu heterodimers in the brain”（基于纳米抗体的传感器发现大脑中有高比例的mGlu异源二聚体）的研究论文，报道了建立了基于纳米抗体的天然膜蛋白复合体表达与活性检测新方法，并发现代谢型谷氨酸受体（mGlu）异源二聚体在脑组织中高比例表达。

膜蛋白包括受体、通道和转运蛋白，通常由多个亚单位组成，还可以在体内形成更大的复合体。G蛋白偶联受体（GPCR）是种类最多的一类膜蛋白。越来越多的证据表明GPCR可以形成同源二聚体或异源二聚体。其中，mGlu被认为典型的同源二聚体，是精神系统疾病的重要药物靶点。而在过表达系统中，mGlu不同亚基之间还可以形成16种不同的mGlu异源二聚体，并具有特定药理学特性。但mGlu异源二聚体在大脑中的存在还一直缺乏直接证据。

在该项研究中，刘剑峰教授团队开发了两种新的检测方法，分别用于脑组织中mGlu同源二聚体和异源二聚体的分布和活性检测。第一种方法是基于识别单个mGlu亚单位的特异性单域抗体（也称为纳米抗体）。这些纳米体与特定荧光团结合，可以通过时间分辨荧光共振能量转移技术（TR-FRET）非常灵敏地检测亚基间的相互作用。利用这些纳米抗体检测器（detector），研究者能够以高通量的形式检测脑样本中的mGlu2和mGlu4同源二聚体以及mGlu2-4异源二聚体表达和分布情况。第二种方法利用了可以识别活性的mGlu亚单位的纳米抗体，与识别所有状态mGlu亚单位的纳米抗体进行配对，形成纳米抗体传感器（sensor）。研究者可以在脑样本中检测mGlu2同源二聚体和mGlu2-4异二聚体的激活，并对脑样本中內源表达的受体的活性进行完整的药理学分析。采用这种新方法，该研究发现在脑组织样本中mGlu4以mGlu2-4异源二聚体的形式在大多数脑区域表达，而在小脑区域mGlu4只以同源二聚体存在。该发现提示了以mGlu2-4异源二聚体作为药物靶点的药物开发新策略，为以前开发出来的已有的靶向mGlu2和mGlu4的药物“老药新用”提供了理论基础。此外，该方法实现了活体组织中的内源性膜受体复合物活性的快速和高通量的药理学检测，解决了长久以来检测人和动物组织中内源表达的膜蛋白复合物表达分布以及活性的难题。

华中科技大学生命科学与技术学院博士生孟际勇和讲师许婵娟为本研究论文的第一作者，华中科技大学刘剑峰教授、法国功能基因组研究所J-P Pin教授和P Rondard教授为共同通讯作者。该研究受到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金以及教育部“111引智计划”的支持。

刘剑峰教授长期从事C族GPCR二聚体结构和功能相关研究，对GPCR二聚体动态激活机制开展了系统深入的研究。此外，刘剑峰教授研究团队已经建成了自动化高通量纳米抗体筛选平台，针对多种膜蛋白（GPCR、离子通道等）筛选出了一系列高亲和力纳米抗体，可进一步用于内源性蛋白复合体的药物开发和高分辨成像。

图： 基于纳米抗体的TR-FRET新方法检测内源性膜蛋白的表达和激活

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41589-022-01050-2