分子动力学模拟揭示游离脂肪酸受体1（FFAR1）的激活指纹图谱与变构调控机制

本研究通过分子动力学模拟技术，系统解析了游离脂肪酸受体1（FFAR1）在γ-亚麻酸（GLA）、二十二碳六烯酸（DHA）和合成配体TAK875结合状态下的构象动态特征，揭示了FFAR1跨膜区与胞内/外域的特异性接触指纹，提出GLA通过胞内结合位点实现变构调控的分子机制，为靶向FFAR1的糖尿病和神经炎症药物设计提供了新思路。

　　

在代谢疾病和神经调控领域，游离脂肪酸受体1（FFAR1/GPR40）一直扮演着双重角色——它既是胰腺β细胞中脂肪酸调控胰岛素分泌的关键传感器，又是大脑中神经炎症的潜在调节靶点。然而，这个特殊的G蛋白偶联受体（GPCR）却给科学家们出了道难题：不同于典型的A类GPCR，它缺乏保守的激活基序（如CWxP中的W^6.48和NPxxY中的Y^7.53），却拥有多个配体结合位点和令人困惑的高基础活性。更棘手的是，虽然γ-亚麻酸（GLA）和二十二碳六烯酸（DHA）都是其内源性完全激动剂，但GLA的结合位点至今存在争议，而现有晶体结构因引入热稳定突变（如L42^2.40A）可能掩盖了真实的激活构象。

为了破解这些谜团，约旦科技大学的研究团队在《Archives of Biochemistry and Biophysics》发表了突破性研究。他们采用微秒级分子动力学模拟，对比分析了FFAR1在apo状态、GLA单独结合、GLA+TAK875双配体结合以及DHA+Gq完全激活复合物四种状态下的动态特征。研究不仅首次捕捉到GLA稳定结合胞内域的直接证据，更发现这种结合能引发与完全激活状态相似的构象变化，揭示了FFAR1独特的"水介导激活"机制。

关键技术方法包括：基于冷冻电镜结构（PDB 8EIT）构建野生型FFAR1模型，采用Schr?dinger软件进行蛋白质准备和分子对接，使用Modeller v9.18补全缺失环区，通过AMBER力场进行4×1 μs的分子动力学模拟，重点分析跨膜螺旋位移、盐桥网络变化和疏水残基旋转异构体（rotamer）转换等构象特征。

【研究结果】

1. 配体结合域的动态特征
   比较三种配体结合状态发现：GLA在胞内域通过稳定盐桥网络（如R183^5.39-E172^ECL2）增强第二胞外环（ECL2）刚性，而DHA在胞外域诱导TM6外移幅度达5.2?。值得注意的是，GLA单独结合时TM6位移达DHA+Gq复合物的83%，提示其强变构效应。

2. 变构调控的分子开关
   在胞内域鉴定出由V237^6.48、L261^7.38等疏水残基组成的"旋转异构体开关群"。这些残基在配体结合后发生协同构象变化，形成水分子渗透通道，可能替代传统GPCR中W^6.48的开关功能。

3. 双配体协同效应
   GLA+TAK875复合物中，TAK875通过R258^7.35稳定胞外域，而GLA通过ICL2变构增强TM6移动，二者协同使TM6位移增加19% vs 单配体状态。

【结论与意义】
该研究首次系统描绘了FFAR1的激活指纹图谱：1）GLA通过胞内结合实现不依赖G蛋白的变构激活；2）ECL2-TM3盐桥网络是构象传播的关键节点；3）疏水残基旋转异构化替代了保守激活基序功能。这些发现不仅解释了FFAR1高基础活性的结构基础，更为开发靶向特定结合位点的糖尿病药物（如增强胰岛素分泌）和神经炎症调节剂提供了精确的分子蓝图。特别是GLA胞内结合稳定性的证实，为设计非竞争性变构调节剂开辟了新途径。