《Cell Research》力敏 GPCR—LPHN2，平衡感背后的关键 “密码”

为解决平衡感分子机制未完全明晰的问题，山东大学研究人员开展关于平衡感相关受体的研究。发现力敏感 GPCR——LPHN2 对维持正常平衡至关重要。该研究为理解平衡感及治疗眩晕等疾病提供新思路，值得科研读者一读。

　　

在我们的日常生活中，平衡感就像一位默默守护的 “隐形卫士”，它让我们能在三维世界里自由行走、奔跑、跳跃，感知自己的位置和运动状态。然而，这个看似平常的平衡感，其背后的分子机制却一直是个神秘的 “宝藏”，吸引着无数科研人员去探索。

过去的研究发现，前庭毛细胞（VHCs）在平衡感的产生中起着关键作用。它们就像一个个 “小信号兵”，能把头部运动或倾斜的平衡信息，通过机械门控离子通道转化为电信号，这个过程被称为机械电转导（MET）。像 TMC1 和 TMC2 这两种离子通道，就被认为是 MET 通道的重要组成部分。但离子通道并非平衡感机制的全部，还有一类膜受体 ——G 蛋白偶联受体（GPCRs），它们在视觉、嗅觉等感觉中发挥着重要作用，可在平衡感方面，一直以来都被认为由于其介导第二信使途径的动力学相对较慢，而被排除在平衡感过程之外。

可是，科研人员们没有轻易放过这个 “被忽视的角落”。他们推测，GPCRs 说不定也在平衡感中有着不为人知的作用。于是，为了揭开平衡感背后的神秘面纱，山东大学齐鲁医院耳鼻咽喉头颈外科国家卫生健康委重点实验室等单位的研究人员，在《Cell Research》期刊上发表了题为 “A force - sensitive adhesion GPCR is required for equilibrioception” 的论文。研究发现，一种名为 LPHN2 的力敏感粘附 GPCR 对于维持正常的平衡感至关重要，这一发现为我们理解平衡感的分子机制打开了一扇新的大门。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过单细胞 RNA 测序（scRNAseq）来分析基因的表达情况；接着，利用高通量机械刺激测定法，结合 GPCR 生物传感器平台和磁镊系统，检测 aGPCRs 的机械敏感性；然后，采用行为学测试，如旷场试验、转棒试验等，评估小鼠的平衡能力；此外，还运用了免疫荧光染色和共聚焦显微镜技术，来观察蛋白的表达和定位；最后，借助电生理学记录方法，研究 MET 电流等。这些技术就像科研人员手中的 “魔法工具”，帮助他们一步步揭开平衡感的奥秘。

下面我们来详细看看研究结果。

前庭系统中机械敏感 aGPCRs 的筛选

人类的 aGPCR 家族有 33 个成员，小鼠有 30 个，其中部分已知能被机械力激活。研究人员通过 scRNAseq 数据发现，有 12 种 aGPCRs 在超过 20% 的小鼠椭圆囊毛细胞中表达。为了进一步筛选出对机械力敏感的 aGPCRs，他们利用磁镊系统和 BRET 检测法，对这 12 种 aGPCRs 进行了检测。结果发现，有 5 种受体（GPR133、GPR126、LPHN2、LPHN3 和 VLGR1）在受力刺激时能激活 Gi 信号通路，其中 3 种（GPR133、LPHN2 和 VLGR1）还能激活 Gs 信号通路。随后，研究人员又用流体喷射系统进行验证，结果也证实了这些 aGPCRs 的机械敏感性。为了探究这些机械敏感的 aGPCRs 是否与平衡感有关，研究人员将相关基因敲除的小鼠与野生型小鼠进行旷场试验对比，发现 LPHN2 和 GPR133 基因缺陷的小鼠出现了明显的平衡行为异常，这表明它们可能在维持正常平衡中发挥着重要作用。

机械敏感的 LPHN2 对正常前庭功能至关重要

由于 GPR133 在另一项研究中已有功能和机制分析，研究人员在本文中重点关注 LPHN2。通过 RT - qPCR 分析，他们发现 LPHN2 从胚胎晚期到成年都保持稳定表达。而且，scRNAseq 数据和单毛细胞 RT - qPCR 分析都证实了 LPHN2 在椭圆囊毛细胞中的表达，并且其表达频率和平均表达水平都比 LPHN3 高。研究人员通过转棒试验、强迫游泳试验和前庭眼反射（VOR）测试，对 Lphn2 杂合子小鼠（Lphn2+/-）的前庭行为进行评估，发现这些小鼠在游泳能力和 VOR 增益方面都存在缺陷，这进一步表明 LPHN2 在平衡维持中有着重要作用。

LPHN2 在 VHCs 中的表达模式

研究人员通过全组织免疫染色和 RNAscope 原位杂交技术，发现 LPHN2 在约 80% 的 Myo7a 阳性毛细胞中表达，并且在 I 型和 II 型毛细胞中均有分布。在亚细胞水平上，LPHN2 主要表达于椭圆囊毛细胞的顶端表面，而不在静纤毛中。在球囊中，LPHN2 也有表达，且同样位于顶端表面。这种在 VHCs 顶端膜的表达模式，暗示着 LPHN2 可能参与平衡感中的力感知过程。

VHCs 中的 LPHN2 特异性调节平衡感觉

为了确定 LPHN2 在 VHCs 中的具体功能，研究人员构建了毛细胞特异性敲除 Lphn2 的小鼠模型（Pou4f3 - CreER+/-;Lphn2fl/fl）。通过各种行为学测试，如转棒试验、旷场试验、VOR 测试和前庭诱发肌源性电位（VEMP）测试，发现敲除 LPHN2 的小鼠在平衡相关行为和前庭功能方面都出现了明显缺陷。但这些小鼠的椭圆囊和椭圆囊毛细胞的形态并未受到影响，这说明 LPHN2 在平衡感觉中起到了调节作用，而不是影响前庭器官的发育。

LPHN2 基因敲除或药物阻断会损害 VHCs 中的 MET 电流

研究人员利用流体喷射系统和全细胞膜片钳技术，记录椭圆囊和球囊毛细胞的 MET 反应。他们用携带 mCherry 的病毒标记 LPHN2 表达的 VHCs，结果发现，Lphn2 基因敲除小鼠的椭圆囊和球囊毛细胞的峰值 MET 电流明显降低，这表明 LPHN2 参与了 VHCs 的 MET 过程。为了进一步研究 LPHN2 在 MET 中的调节作用，研究人员使用了一种可逆且选择性的 LPHN2 抑制剂 D11。结果发现，D11 能剂量依赖性地抑制 MET 电流，且去除 D11 后电流可恢复正常。这表明 LPHN2 参与了 VHCs 中一种不依赖于尖端连接的 MET 过程，可能与 TMC1 存在相互作用。

LPHN2 调节椭圆囊毛细胞顶端表面的 MET 电流

研究人员发现，椭圆囊毛细胞在经 BAPTA 处理破坏尖端连接后，会出现独特的双相 MET 电流，包括正常极性和反向极性的 MET 电流。而 LPHN2 基因敲除或用 D11 处理后，正常极性的 MET 电流消失，反向极性电流不受影响。这表明 LPHN2 在调节椭圆囊毛细胞顶端表面之前未被描述的正常极性 MET 电流中起重要作用。此外，研究人员还开发了 TMC1 的可逆抑制剂 C14，发现抑制 TMC1 也能消除正常极性电流，进一步说明了 LPHN2 与 TMC1 在调节 MET 电流中的关联。

LPHN2 与 TMC1 在顶端表面共定位并功能偶联

研究人员通过体内共免疫沉淀和免疫共染色实验，发现 LPHN2 与 TMC1 在小鼠椭圆囊中存在直接相互作用，且二者在椭圆囊毛细胞顶端表面共定位。为了研究它们的功能偶联，研究人员在异源系统中进行实验，发现 LPHN2 能增强 TMC1 的开放概率，且这种作用是依赖于力刺激的，同时也证实了 LGR6 可作为 TMC1 的转运伴侣。这些结果表明，LPHN2 能感知细胞外机械刺激，增强 TMC1 的开放。

LPHN2 感知力刺激诱导椭圆囊毛细胞释放神经递质和 Ca2?内流

在平衡感过程中，VHCs 会释放神经递质谷氨酸来传递位置和运动信息。研究人员通过在螺旋神经节神经元中表达谷氨酸传感器，发现 LPHN2 基因敲除或用 D11 处理后，椭圆囊毛细胞在受到流体喷射刺激时，谷氨酸释放明显减少。同时，研究人员还发现，LPHN2 表达的椭圆囊毛细胞在受到力刺激时，Ca2?反应也会减弱。这表明 LPHN2 被力刺激激活后，会诱导 Ca2?信号和神经递质释放。

在 VHCs 中重新表达 LPHN2 可挽救 LPHN2 缺陷小鼠的平衡感

为了进一步评估 LPHN2 在平衡感中的作用，研究人员通过 AAV 载体将 LPHN2 重新引入 Lphn2 缺陷小鼠的 VHCs 中。结果发现，接受 LPHN2 - GAIN 基因递送的小鼠在各种平衡相关行为测试和 VOR 测试中表现明显改善，MET 电流也恢复正常。这表明重新引入机械敏感的 LPHN2 - GAIN 能挽救 LPHN2 缺陷小鼠的平衡感，进一步证明了 LPHN2 在平衡感中的重要作用。

在讨论部分，研究人员指出，尽管平衡感对我们的生活至关重要，但之前其分子机制并未完全明确。他们的研究首次发现 LPHN2 在维持正常平衡中起着关键作用，它通过与 TMC1 相互作用，调节 VHCs 中不依赖于尖端连接的正常极性 MET 电流，这揭示了一种全新的 MET 过程。而且，LPHN2 的发现为治疗眩晕等前庭疾病提供了新的潜在治疗途径。未来，研究人员还将进一步深入研究 LPHN2 在其他组织或细胞中的功能，以及 MET 过程在不同毛细胞中的差异机制等问题。

这项研究就像一场精彩的 “解谜之旅”，研究人员通过一步步的探索，揭示了 LPHN2 在平衡感中的重要作用，为我们理解平衡感的分子机制提供了重要线索，也为相关疾病的治疗带来了新的希望。相信在未来，随着研究的不断深入，我们对平衡感的认识会更加全面，也能为更多受平衡问题困扰的人带来福音。