质子感知受体适应环境机制被揭示

日前，山东大学齐鲁医学院副院长孙金鹏教授团队联合山东大学基础医学院易凡教授团队、四川大学华西医院邓成教授团队，在国际学术期刊《细胞》在线发表研究成果。该研究揭示了G蛋白偶联受体4(GPR4)在进化过程中如何适应周围环境和pH值(酸碱值)，感知质子和调节酸碱平衡。研究发现了多种物种血液pH值与GPR4活性最佳pH值成正相关。同时，研究对质子(一种带正电的小粒子，溶液的酸碱值由其质子浓度定义)感知受体如何激活和传递提供了相关见解。

生物体可以通过感知、分析和响应内外环境的刺激，维持内稳态并适应复杂多变的外部环境。人类通过调节呼吸速率和肾脏功能，维持稳定的血液pH值，通常在7.32~7.42之间。为了满足日常能量需求，线粒体中的质子与碳酸氢盐缓冲系统相互作用，生成大量的二氧化碳。这些二氧化碳随后经过血液运输，最终通过呼吸排出或由肾脏排泄。这些过程由质子感知受体精密调控，确保了生理pH值水平的稳定，进而保障了细胞功能的正常运作和整体健康。

在进化过程中，动物不断发展出适应其栖息地的生理机制，以应对不同环境中质子浓度的变化。但关于GPR4如何感知质子的分子机制，以及动物如何进化以适应不同环境中的质子浓度变化，至今仍不完全清楚。

基于此，该研究从进化、功能和结构角度，阐释了不同物种GPR4在质子感知中的共同机制以及物种特异性的独特机制，进一步描述了特定的质子感知受体是如何进化以适应不同生物的不同生活方式。

追溯GPR4的进化，可以发现它存在于哺乳动物、爬行动物、两栖类动物和鱼类中，但在鸟类中缺失。研究团队对不同的物种血液pH值进行了测量，并分析了不同脊椎动物物种中GPR4质子感知范围，例如非洲爪蟾GPR4经受了正选择压力，表现出最酸性的最优pH范围，这可能与其长期潜水能力及几乎完全水生的生活方式相关。研究发现GPR4的活性最佳pH值与不同物种的血液pH值范围呈正相关。

这一研究为理解哺乳动物在各种环境中维持内稳态提供了新的理论支持，为研究呼吸系统疾病、代谢性酸中毒等提供了新的思路。

该研究得到国家重点研发计划基金、国家自然科学基金重点项目、山东省自然科学基金等基金支持。

《光明日报》

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