GPR17在中樞神經系統(tǒng)損傷修復中的作用研究進展

張 壯，魏爾清，盧韻碧 綜述

(衛(wèi)生部醫(yī)學神經生物學重點實驗室，浙江大學醫(yī)學院藥理學系，浙江杭州 310058）

G-蛋白偶聯受體(G-protein-coupled receptors，GPCRs)是最大的膜受體家族，在細胞間信號交流和多種生命活動中起關鍵性作用;而且該受體是最常見的藥物作用靶標之一［1］。GPCRs目前存在數百種孤兒受體(orphan receptor)，孤兒受體的分子結構已鑒定但缺乏明確的配體，這些受體的“去孤兒化”，對研究相關生理過程中新的調控機制及發(fā)現藥物作用的新靶標具有重要意義［1］。G-蛋白偶聯受體17(GPR17)原是一種孤兒受體，2006年被鑒定為新型尿嘧啶核苷酸/半胱氨酰白三烯受體(uracil nucleotides/cysteinyl-leukotrienes receptor)［2］;然而，2011 年國際藥理學聯合會(International Union of Pharmacology，IUPHAR)在再次闡述白三烯類受體的分類、分布和病理生理意義時，認為GPR17被歸類于白三烯受體的條件還不成熟［3］。目前大量研究表明，GPR17參與調節(jié)腦損傷、脊髓損傷、少突膠質細胞的發(fā)育和成熟過程，因而深入探索GPR17在相關疾病中的作用并篩選相關治療藥物，具有重要的意義。

1 GPR17的基本特點

人 GPR17 定位于染色體 2q21［5］，從系統(tǒng)發(fā)育樹上看，GPR17與P2Y核苷酸受體交叉，處于P2Y12、13、14亞群和半胱氨酰白三烯受體(cysteinyl leukotrienes receptor，CysLT 受體)的中間;GPR17具有典型的七次跨膜結構，氨基酸序列與大鼠、小鼠有90.3%的同源性。人GPR17與CysLT受體的亞型CysLT1和CysLT2的同源性分別為31%和36%［2］。

GPR17主要分布在易受缺血再灌注損傷的器官，如腦、腎臟、心臟，在肺和肝臟表達少。GPR17有2種剪切變體，即短型(含339個氨基酸)和長型(N端多出28個氨基酸，共367個氨基酸)。腦內短型GPR17的含量豐富，大約為長型的8～23倍，在心和腎中則相反［6-7］。

Ciana等人［2］研究發(fā)現，尿嘧啶核苷酸和半胱氨酰白三烯(cysteinylleukotrienes，CysLTs)均可激活 GPR17，進而引起細胞內Ca2+濃度升高和腺苷酸環(huán)化酶(cAMP)活性抑制。然而，2010年 Benned-Jensen等［6］報道，CysLTs不能結合并激活GPR17，但在體外重組系統(tǒng)中GPR17可通過形成受體二聚體而負性調節(jié)CysLT1對LTD4的反應。因而研究者推測，GPR17在不同的細胞系統(tǒng)和生理環(huán)境中可能通過不同的途徑(配體依賴或非配體依賴)發(fā)揮作用［8］。

2 GPR17的“去孤兒化”研究

2.1 GPR17的配體和拮抗劑 生物信息學數據顯示，GPR17存在2個相距較遠的配體結合位點，核苷酸結合位點和半胱氨酰白三烯結合位點［9］。GPR17通過不同細胞系中異源表達，利用［35S］GTPγS結合實驗確定受體激活程度，發(fā)現 P2Y受體的配體尿嘧啶核苷酸(UDP、UDP-葡萄糖和 UDP-半乳糖)和 CysLTs(包括LTC4和LTD4)均可濃度依賴性激活GPR17，因此，GPR17是一種“二元”受體(dual receptor)。CysLTs激活GPR17的 EC50在 nmol/L水平，而尿嘧啶核苷酸激活GPR17的 EC50在 μmol/L水平［2］。

GPR17目前尚缺乏選擇性拮抗劑，僅發(fā)現P2Y12/P2Y13受體的拮抗劑cangrelor和P2Y1受體的拮抗劑MRS2179可以阻斷UDP引起的GPR17激活，CysLT1受體拮抗劑孟魯司特(montelukast)和普魯司特(pranlukast)可以阻斷CysLTs引起的GPR17激活，以上拮抗劑的IC50均在 nmol/L 水平［2］。

2.2 GPR17配體效應的相互影響 研究發(fā)現［10］，UDP-葡萄糖和 LTD4都能時間和濃度依賴性誘導GPR17發(fā)生同源脫敏，且這種脫敏是可逆的。UDP-葡萄糖可以部分誘導LTD4的異源脫敏，而LTD4不能誘導UDP-葡萄糖介導反應的脫敏。研究認為，受體內化是受體脫敏的重要機制之一，UDP-葡萄糖和LTD4均能時間依賴地誘導細胞表面GPR17內化，而且UDP-葡萄糖引起GPR17的內化作用更強。在GPR17轉染的1321N1細胞中發(fā)現，核苷酸或半胱氨酰白三烯能夠提高GPR17對另一方配體的反應，認為這2種配體之間的相互調節(jié)作用可能是通過受體變構作用實現的。

2.3 GPR17與其他受體之間的相互作用

GPR17與其他受體，尤其是CysLT受體之間存在相互作用。目前對GPR17和CysLT1在細胞和整體水平上的相互作用已有了一定的認識［8，11］。

2.3.1 在細胞水平上［8］在轉染CysLT1受體的1321N1細胞上，共轉染 GPR17不改變CysLT1受體在細胞膜的表達，但抑制CysLT1受體介導的細胞內Ca2+升高、ERK1/2磷酸化、CysLT1受體與LTD4的結合，并以免疫共沉淀證實GPR17與CysLT1受體聚合體的存在;在野生型人單核細胞上，免疫染色顯示，GPR17與CysLT1受體存在共定位，以GPR17 shRNA抑制其表達后，可增強CysLT1受體介導的細胞內Ca2+升高反應。

2.3.2 整體水平上［11］GPR17基因敲除可增強小鼠由CysLT1受體介導的肺-支氣管過敏性炎癥效應，可增強塵螨誘導的小鼠氣道炎癥、Th2/Th17細胞因子合成和IgE抗體增加;而CysLT1受體敲除則減輕這種反應。該研究證明，GPR17抑制或負性調控CysLT1受體介導的免疫性炎癥。

這些結果表明，GPR17可能通過與CysLT受體形成異源二聚體，而對其產生非配體依賴的、結構性的負性調節(jié)作用。

3 GPR17在中樞神經系統(tǒng)損傷修復中的作用

目前，對 GPR17介導的效應了解較少，GPR17在外周組織如肺部炎癥中有一定作用，對GPR17介導的效應研究主要集中在中樞神經系統(tǒng)。有報道表明，在腦、脊髓損傷急性期GPR17過表達，GPR17介導損傷早期神經元死亡和后期少突膠質細胞發(fā)育成熟;GPR17還能影響神經元樣細胞PC12細胞存活和分化，其對神經祖細胞的增殖也具有調控作用。

3.1 GPR17在腦缺血、脊髓損傷中的作用中樞神經系統(tǒng)損傷后，損傷區(qū)域UDP和CysLTs濃度顯著升高，在損傷早期GPR17就被激活。因而研究者推測，GPR17在中樞神經系統(tǒng)損傷中可作為損傷“感受器”(sensor)［12-13］。研究表明，在正常腦內GPR17表達于神經元和少突膠質前體細胞，小膠質細胞、星形膠質細胞不表達GPR17。在小鼠局灶性腦缺血后，GPR17在腦中發(fā)生時空表達變化，表現為缺血24 h后，損傷區(qū)域神經元大量表達GPR17;缺血48 h后，損傷區(qū)域神經元大量減少。推測這可能是早期GPR17的過度表達導致了神經元細胞死亡，此時星形膠質細胞在損傷區(qū)域邊緣增生，但并不表達GPR17;在腦缺血后48 h至72 h，激活的小膠質細胞表達GPR17并開始浸潤損傷區(qū)域，此時損傷區(qū)域周圍GPR17陽性的少突膠質前體細胞開始增殖，并表達成熟少突膠質細胞的標記蛋白。以反義寡核苷酸敲低小鼠的GPR17表達后，腦梗死的發(fā)展顯著受抑制［12］。我們在大鼠中動脈栓塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)模型上也發(fā)現［14］，在缺血中心區(qū)，GPR17受體表達呈雙峰，分別是24 h和7 d;在缺血周邊區(qū)GPR17受體表達只有24 h一個峰。缺血對側皮層GPR17受體表達沒有變化。缺血中心區(qū)，再灌注24 h，GPR17受體主要表達于神經元，部分表達在激活的小膠質細胞以及少突膠質細胞前體細胞;再灌注14 d，GPR17受體主要表達于中心區(qū)和周邊區(qū)大量增生的小膠質細胞。使用siRNA干擾GPR17表達后，大鼠腦梗死體積顯著減小。

在脊髓損傷中GPR17有著與在腦損傷中類似的表現，在小鼠脊髓損傷模型中發(fā)現，損傷早期GPR17主要介導神經元死亡;損傷晚期GPR17介導小膠質細胞/巨噬細胞向損傷區(qū)域遷移;GPR17敲低后組織損傷顯著減輕［13］。

以上結果表明，GPR17在中樞神經系統(tǒng)損傷早期介導神經元死亡，后期參與調節(jié)小膠質細胞激活和遷移，而抑制GPR17表達可減輕損傷，這提示GPR17可作為中樞神經損傷治療的靶點。

3.2 GPR17對少突膠質細胞發(fā)育及成熟的作用 Chen等人［15］發(fā)現，GPR17參與從少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPCs)早期分化到少突膠質成熟、髓鞘形成的整個過程，表現為NG2陽性細胞分化成OPCs期間GPR17表達逐漸上調，并在OPCs分化前期表達最高，其后隨著細胞成熟GPR17表達逐漸降低，完全成熟的少突膠質細胞不表達GPR17。以藥物拮抗GPR17或將GPR17基因沉默均會削弱OPCs的分化，而激活GPR17能促進OPCs分化成熟。

少突膠質細胞分化成熟期間，在脫髓鞘和髓鞘形成中有重要作用的螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH)轉錄因子Olig1能夠負性調控GPR17的表達。在脫髓鞘病變中GPR17出現表達上調，但GPR17不參與少突膠質細胞死亡相關的反應。在體內和體外均發(fā)現GPR17過表達可抑制少突膠質細胞分化和成熟，GPR17基因敲除小鼠可較早出現髓鞘形成［16-17］。

總之，GPR17對OPCs早期分化起正性調節(jié)作用，對少突膠質細胞后期發(fā)育及成熟呈負性調節(jié)作用。在腦缺血、脊髓損傷后期少突膠質細胞發(fā)育成熟可促進髓鞘修復。GPR17可能是脫髓鞘性疾病治療的潛在靶點。

3.3 GPR17對神經祖細胞增殖和PC12細胞分化的作用 神經祖細胞表達GPR17，給予過量的白三烯并不影響祖細胞的增殖。用孟魯司特阻斷GPR17后能顯著促進神經祖細胞的增殖，但對細胞分化沒有影響［18］。未分化的PC12細胞基本不表達GPR17，神經生長因子(never growth factor，NGF)處理 10 d 后 GPR17誘導性表達。NGF與GPR17的激動劑(UDP-葡萄糖和LTD4)協同處理，能顯著增高PC12細胞的活性。GPR17的激動劑不論是單獨使用或是與NGF協同使用，都能促進PC12細胞神經突起的生長［19］。

以上結果顯示，GPR17對神經祖細胞的增殖有負調節(jié)，對神經元樣PC12細胞的分化起到促進作用，這對于了解中樞神經系統(tǒng)損傷后受損神經細胞的再生和修復具有啟示意義。

4 結語

GPR17的“去孤兒化”研究表明，中樞損傷后釋放的炎癥介質半胱氨酰白三烯、尿嘧啶核苷酸可激活GPR17;且有報道GPR17通過早期介導神經元死亡，后期調節(jié)小膠質細胞激活和遷移，調控少突膠質細胞發(fā)育成熟，參與中樞神經系統(tǒng)(腦、脊髓)的損傷及修復，這提示GPR17是腦、脊髓損傷的潛在治療靶點。深入針對這一靶點的相關研究，如GPR17對不同受體的調節(jié)作用，GPR17在不同細胞或不同病理生理條件下的受體后信號通路，GPR17選擇性拮抗劑的篩選，可確證干擾GPR17能成為中樞神經系統(tǒng)損傷的臨床治療策略之一。

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