文章信息
文章题目：Structural basis of ligand recognition and gating in mosquito IRs
期刊：Nature
发表时间：2026 年 10 月 14 日
主要内容：深圳医学科学院生物构造与互作研究所（IBABI）潘孝敬团队联合深圳湾实验室柳峰、黄恺团队，在 Nature 杂志上发表“Structural basis of ligand recognition and gating in mosquito IRs”的研究论文。研究团队以疟疾媒介斯氏按蚊（Anopheles stephensi）为研究对象，解析离子型受体（ionotropic receptors，IRs）IR8a–IR75k 复合物在多个功能状态下的高分辨率结构，并结合分子动力学模拟和电生理实验，首次从原子尺度系统揭示昆虫 IR 复合物如何识别宿主皮肤上的羧酸类气味分子，以及如何将这一化学信号转化为神经电信号的完整机制。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-11239-3
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背景介绍
蚊子寻找宿主，主要依赖三大类受体体系：味觉受体（GRs）主要感知二氧化碳与糖类/苦味物质，气味受体（ORs）和离子型受体（IRs）则共同识别羧酸、胺类等挥发性气味，三者分工协作，驱动宿主寻找等关键行为。其中，羧酸类物质（如壬酸、辛酸）是人体汗液和皮脂中的重要成分，也是蚊子判断“附近有人”的关键线索。已有研究表明，蚊子嗅觉系统中的 IRs 在检测羧酸、胺类、湿度和温度中不可或缺：IR8a 作为共受体本身不识别气味，必须与调谐受体（如 IR75k）配对才能形成有功能的离子通道，IR8a–IR75k 复合物正是斯氏按蚊感知中链羧酸的核心装置。然而该复合物的结构、区分不同链长羧酸的机制，以及气味结合后信号如何传递至通道并打开离子孔，此前一直悬而未决。
文章概述
昆虫 IR 复合物的全长组装方式
研究团队利用冷冻电镜技术，成功解析了 IR8a–IR75k 复合物在四种状态下的高分辨率结构：无配体的全长关闭态、壬酸结合的全长开放态，以及壬酸和辛酸分别结合的胞外域结构。结构分析显示，IR8a–IR75k是一个异源四聚体：两个 IR8a 构成类似“Y”形的核心支架，两个 IR75k 分列两侧且彼此不直接接触，提示其可以相对独立地完成配体识别。其组装方式既不同于脊椎动物离子型谷氨酸受体，也异于昆虫 OR、GR 体系。关闭状态下，复合物跨膜区中央孔道处于收窄状态，为理解 IR 受体激活前的“门锁”形态提供了直接结构基准。
分子“锁与钥匙”：为什么壬酸比辛酸更“诱蚊”
研究团队比较了 IR8a–IR75k 复合物分别结合壬酸与辛酸时的两种高分辨率结构，发现真正承担配体特异性识别的是 IR75k：其配体结合口袋位于双叶状配体结合结构域之间，壬酸的羧基头部经氢键网络被精准固定、烷基链被多个芳香族与疏水残基包围，而辛酸因碳链更短在口袋中呈更弯曲的结合姿态，氢键与疏水作用随之减弱——即 IR75k 不仅识别“羧酸”这一化学类别，还同时读取烷基链长度和羧基空间几何，从而区分高度相似的壬酸与辛酸（仅差一个亚甲基），解释了二者激活效力的明显差异。关键残基突变电生理实验进一步支持该模型：R323、F318 及多个构成芳香疏水环境的残基突变后，壬酸诱导电流显著降低甚至接近消失；且这些关键识别位点在多种具有不同宿主偏好的蚊种中高度保守，提示该核心识别机制具有较强的进化保守性。
刚性“分子杠杆”的机械传导，把气味信号传到离子通道
研究团队进一步解析了 3.33 Å 分辨率的壬酸结合开放态结构并与无配体关闭态比较，直接捕捉到 IR8a–IR75k 从“闻到气味”到“打开通道”的结构变化：壬酸进入 IR75k 结合口袋后，双叶状配体结合结构域闭合、C 叶以近似刚体方式旋转，该动作经 A344、K460、C603 等保守机械连接位点向跨膜区传递，其中 K460 与跨膜区之间仅由四个氨基酸构成的短连接结构犹如一根刚性“分子杠杆”，将配体结合引发的上部结构运动放大并传递，牵拉跨膜螺旋外移和转动，最终使中央孔道扩张而开放。为验证该模型，研究者在关键连接位置插入柔性 GSGS 序列作为“减震器”，结果配体结合与通道开启之间的信号耦联几乎被切断；全原子分子动力学模拟进一步显示，相同条件下壬酸结合开放态允许钠离子快速通过，而无配体关闭态未观察到相应的阳离子通透。结构、功能与计算结果由此共同建立了“配体进入口袋—结合结构域闭合—机械连接传力—跨膜螺旋外移—孔道开放”的连续机制。
本研究首次建立昆虫 IR 复合物从配体识别到通道开启的完整结构机制，也为理解蚊虫如何利用宿主气味找到人提供了新的分子解释。研究揭示的 IR75k 配体结合口袋、关键识别残基和机械连接位点，为后续开展基于结构的驱避剂、引诱剂或受体调控分子设计提供了潜在靶点。
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使用 TransIntro® PEI Transfection Reagent (GMP Grade) (FT401) 产品发表的部分文章：
• Xu L, Wang X, Quan X B, et al. Structural basis of ligand recognition and gating in mosquito IRs[J]. Nature, 2026.(IF 56.10)
• Liu S Y, Tian X Y, Fu H F, et al. R-loop homeostasis at transposable elements safeguards transcriptional silencing in replication-quiescent oocytes[J]. Nature Communications, 2026.(IF 18.10)
• Wang C, Li J, Tong Y, et al. Anti-HER2×CCR4 bispecific antibody enhances antitumor immunity in advanced HER2-positive tumors by chemotaxis blockade and depletion of tumor-associated Tregs, without inducing systemic toxicity[J]. Journal for Immunotherapy of Cancer, 2025.(IF 10.60)
• Liu Y, Wang J, Han Y, et al. Cryo-EM reveals a double oligomeric ring scaffold of the CHIKV nsP3 peptide in complex with the NTF2L domain of host G3BP1[J]. mBio, 2025.(IF 5.10)
• Zhang X, Chen Z, Su M. Targeting the putative allosteric site J of cannabinoid receptor type 2 with peptide modulators: From mechanistic investigation to candidate identification[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2026.(IF 3.50)
