在人体细胞表面，密布着一类决定细胞如何感知环境的关键分子：G蛋白偶联受体（GPCR），其是人体内最大（约八百多个成员）且功能最广的受体家族。它们负责识别神经递质、激素和代谢信号，将外界变化转化为细胞内的生理反应。正因如此，GPCR 构成了现代医学中最重要且最成功的药物靶点家族之一，全球约有三分之一以上的上市药物以其为作用靶点[1, 2]。

然而，即便在这一被深入研究了数十年的核心受体家族中，仍然存在着一片长期未被真正照亮的“功能暗区”：近一百个非嗅觉 GPCR （约占该类受体的四分之一） 的内源性配体至今未知[3]，他们被形象的称为“孤儿受体”。孤儿受体仿佛是细胞表面一组已经安装好的接口，我们知晓他们的存在，知晓他们在诸多疾病中改变自身的表达和分布[4]，却由于缺失了最关键的“触发说明书”，使得人们无法回答一个最基本的问题：它们究竟在感知什么信号？

从表面上看，GPCR解孤的困难似乎来自复杂性：配体来源多样、化学性质差异巨大，受体下游信号通路高度分叉。因此，过去几十年中，主流策略往往是通过建立多种下游信号报告体系、扩大配体筛选规模，或对组织提取物进行反复分离纯化来应对这种复杂性。然而，在研究投入不断增加的背景下，真正成功的受体解孤案例仍然十分有限[5-7]。

2019年，刚刚博士毕业并建立自己实验室的井淼提出了一个直接而朴素的想法：如果GPCR解孤的本质是识别真实发生的受体–配体相互作用，那么关键是在尽可能接近生理条件的环境中，保留这一短暂发生的分子互作本身。破解该问题的核心思路，是将受体与其内源配体之间短暂、可逆的相互作用转变为一种稳定、可分析的整体，从而能够通过传统生化分离和质谱鉴定手段对其进行解析。该策略的优势在于，它不依赖于预先了解受体的下游信号通路，也无需对复杂生物组分进行逐级分离，这恰恰是孤儿 GPCR 研究中最难以克服的障碍。

那么，如何实现这一过程呢？

幸运的是，就在北京大学化学学院、北大-清华生命科学联合中心，陈鹏教授团队长期深耕非天然氨基酸与光交联化学技术，其核心思想正是：将瞬时、弱相互作用转化为稳定、可分析的分子事件。更巧妙的是，这类光交联探针可通过遗传编码的方式被精准引入至特定位点，从而实现对互作界面的定向、可控捕捉。

“有了这一方法，不就相当于给孤儿GPCR加上爪子，让他们自己去抓配体了吗？”怀揣着兴奋的心情，井淼将自己的设想写进了邮件发给陈鹏教授寻求合作。几乎是立刻，井淼收到了回复——“全力支持，立即推进”。团队迅速敲定了研究思路：在 GPCR 的配体结合口袋中，定点引入可光激活的非天然氨基酸DiZPK [8]。该光交联探针在紫外光激活后，可与极短距离内发生互作的分子形成共价键，从而将正在发生的受体–配体相互作用稳定“定格”。结合其可基因编码的特性，这一策略为在复杂生物样本中高特异性地捕捉真实内源配体提供了关键技术基础。

在中国农业大学李溱教授团队的质谱分析支持下，博士研究生武瑞首先选取了多对已知的受体–配体对作为正对照，尝试应用光交联平台对他们重新解孤。以神经肽NPY与其受体NPY1R为例，在NPY1R配体结合口袋的多个氨基酸位点引入DiZPK，均可实现对NPY的特异性富集，而非对应神经肽则无法被捕获。更为重要的是，在包含上千种神经肽的小鼠大脑多肽提取物中，带有光交联探针的NPY1R能够一步高效富集其内源配体NPY，证明该平台可在复杂生物样本中实现高灵敏度和高特异性的配体（图一）。

图一，光交联系统的建立及刻画

在成功建立技术体系后，研究团队将目标聚焦于在代谢调控中高度相关的脑受体 GPR50 [9]。已有研究提示该受体可能参与能量代谢调控，并与多种神经疾病存在关联[10-12]。尽管光交联探针成功引入 GPR50 且实验流程运行顺利，研究团队很快发现，交联后富集到的蛋白组中，成熟神经肽信号异常稀少。经过反复分析，研究人员意识到，这一问题并非技术灵敏度不足，而是源于神经肽自身的分子特性：多数功能性神经肽由前体蛋白剪切产生，序列较短，在与受体交联后难以再被常规蛋白酶切割成可识别的游离肽段，从而在传统蛋白质组学分析中“隐身”。

为此，团队调整分析策略，采用专用于交联肽鉴定的算法pLink2，直接搜索“受体–配体形成的交联肽段”。这一转变迅速取得突破：多条被GPR50特异性富集的肽段被成功鉴定。对候选肽段进行化学合成和功能验证后发现，富集程度排名第一的神经肽L-LEN能够特异性激活 GPR50 并引发其下游信号通路，明确其为 GPR50 的内源性配体（图二）。

井淼表示：“孤儿GPCR的研究，真正的难点在于相关信息极度有限。只有详尽呈现探索过程本身，才能为未来研究者应用这一工具、解析更多未知受体提供可复制的路径。”

 图二，鉴定L-LEN为GPR50的配体

对井淼而言，受体–配体配对并非研究终点。作为一名生物学背景的研究者，他相信体外鉴定的分子互作只有在体内被证明具有明确生理功能，才能构成真正完整的生物学发现。

随着实验室新成员李娜的加入，研究团队系统性开展了神经元电生理、激素检测以及动物代谢行为分析等实验。通过构建缺失 L-LEN 或 GPR50 的转基因小鼠，研究人员发现，无论配体或受体缺失，小鼠在饥饿条件下均更容易进入一种类似冬眠的“蛰伏”状态，表现为体温和代谢率的可逆性下降。相应地，外源补充 L-LEN 可显著逆转正常小鼠中禁食诱导的代谢下降，而在 GPR50 缺失小鼠中则不再产生作用。进一步分析表明，中枢 L-LEN–GPR50 信号轴可通过调控甲状腺激素水平，实现对全身代谢状态的系统性调节（图三）。这一发现不仅揭示了GPR50的真实生理功能，也为理解中枢如何在能量受限状态下主动调节机体代谢提供了新的理解，为相关代谢疾病如肥胖、糖尿病的治疗提供新的切入点。

图三，中枢L-LEN- GPR50信号轴调控机体代谢与体温

该研究于 2026年1月于Nature Chemical Biology期刊上在线发表（Photo-cross-linking-assisted deorphanization deciphers GPR50–L-LEN pairing in metabolism）。审稿人评价其“实现了GPCR研究者长期以来的梦想”，同期评论文章亦高度肯定该策略在孤儿 GPCR 解孤领域的普适潜力[14]。

从方法学角度看，这一光交联辅助解孤平台具有良好的模块化特征，理论上可扩展至多种配体类型和不同的受体家族。研究团队目前正围绕关键技术节点开展进一步优化，并将研究重点拓展至与中枢疾病密切相关的孤儿 GPCR，期望为破解这些神秘的受体提供关键信息，并最终为相应生物学和疾病过程的理解和干预带来新的契机。

陈鹏

北京大学化学与分子工程学院教授

北大-清华生命科学联合中心PI