G蛋白偶聯(lián)受體與婦科腫瘤

郭 靜(綜述)，程忠平(審核)

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院婦產(chǎn)科，上海 200092)

G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPCR)是人類基因組中最大的膜蛋白家族，人類有1000多個GPCR成員，其為細(xì)胞外信息向細(xì)細(xì)胞內(nèi)傳遞過程中重要的中間體。GPCR信號通路不僅在視覺、嗅覺、味覺以及神經(jīng)傳遞等人類各項生理代謝活動過程中發(fā)揮著重要的作用，而且對腫瘤的生長轉(zhuǎn)移影響重大。因此，GPCR突變及異源三聚體G蛋白的活性改變都將對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生重大作用。

1 GPCR的結(jié)構(gòu)

GPCR由一束七跨膜α-螺旋構(gòu)成，即連接三個細(xì)胞外循環(huán)和三個胞內(nèi)循環(huán)[1-2]。細(xì)胞外部分，還包括一個N端，負(fù)責(zé)配體結(jié)合。細(xì)胞內(nèi)部分，通常還包括螺旋Ⅷ和C端序列，與G蛋白、抑制類蛋白和其他下游感受器相互作用[3]。長期以來研究者認(rèn)為，七跨膜螺旋結(jié)構(gòu)是GPCR結(jié)構(gòu)中最保守的成分，具有疏水模式以及攜帶一些具有功能性的標(biāo)志圖案[4]。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，類視紫紅質(zhì)受體晶體結(jié)構(gòu)在證實七跨膜折疊結(jié)構(gòu)保守性的同時也揭示了循環(huán)區(qū)域及螺旋束結(jié)構(gòu)的多樣性。其中，胞外區(qū)受體的差異尤其明顯。這些差異反映了GPCR的細(xì)胞外(extracellular,EC)區(qū)(配體結(jié)合)和細(xì)胞內(nèi)(intracellular,IC)區(qū)(下游信號)間的不同進(jìn)化過程。

2 GPCR的分類

GPCR的高度多樣化在于不同GPCR亞型結(jié)合配體的口袋在形狀、大小和靜電特性方面具有很大差異。依此，人類GPCR按序列相似性可分為五類：谷氨酸受體(mGluRs)(家族C)，視紫紅質(zhì)樣(aodopsin)受體(家族A)，黏附素類(adhesion)受體(家族B)，卷曲蛋白frizzled，F(xiàn)ZD)受體(家族F)及分泌素(secretin)受體(家族B)[5]。

其中，視紫紅質(zhì)樣受體包含了絕大多數(shù)種類的GPCR[6]。它被進(jìn)一步分為19個子類A1～A19，作用于該類型的配體多種多樣。該家族中的GPR30是新型雌激素受體，在眾多細(xì)胞類型中廣泛調(diào)節(jié)雌激素引起的反應(yīng)。

FZD為7次跨膜蛋白，其結(jié)構(gòu)類似于GPCR，可分為11種亞型。FZD胞外N端具有富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域與Wnt蛋白結(jié)合，從而激活Wnt信號通路。Wnt通路的過度激活與多種癌癥(包括結(jié)腸癌、胃癌、乳腺癌等)緊密相關(guān)[7]。

3 GPCR與婦科腫瘤

GPCR作為人類基因組中最大的基因家族，在各種腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[8]。其中，GPR30、FZD及促性腺素釋放激素受體(gonadotropic hormone releasing hormone receptor，GnRHR)被廣泛研究，以下概述其與婦科腫瘤間關(guān)系。

3.1GPR30 GPR30/GPER-1作為GPCR家族A中的一員，在不同組織包括腫瘤細(xì)胞中具有協(xié)調(diào)雌激素多層次的活動功能[9]。早在20世紀(jì)90年代末期，科學(xué)家采用差減雜交在人乳癌細(xì)胞中得到的一種GPCR類似物GPCR-Br的互補(bǔ)RNA；通過將其互補(bǔ)RNA與基因文庫比對證實為一種新的G蛋白。直到2005年Revankar等[10]認(rèn)為,在GPR30表達(dá)的細(xì)胞中，雌激素能結(jié)合GPR30，其研究結(jié)果提供了足夠證據(jù)支持GPR30表達(dá)可直接產(chǎn)生雌激素結(jié)合位點(diǎn)，是低親和性的雌激素結(jié)合受體。因此，當(dāng)年GPR30被國際藥理學(xué)聯(lián)合會(International Union of Pharmacology,IUPHAR)正式命名為G蛋白偶聯(lián)雌激素受體(G protein-coupled estrogen receptor,GPER)。

目前GPR30轉(zhuǎn)活表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)的信號通路已被廣泛接受，即雌激素、他莫昔芬、4羥他莫昔芬、G-1及環(huán)境雌激素等配體與GPR30結(jié)合，使G蛋白異源三聚體解體，G蛋白βγ亞單位通過百日咳毒素敏感途徑激活Src磷酸化，后者激活細(xì)胞膜表面的間質(zhì)金屬蛋白酶，導(dǎo)致肝素結(jié)合性表皮生長因子的釋放，作為配體轉(zhuǎn)活EGFR，激活其下游信號通路，包括促分裂原活化的蛋白激酶、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶、磷脂酰肌醇3-羥激酶，增加c-fos等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展和細(xì)胞增殖。另外，在雌激素受體的乳腺癌細(xì)胞中，表皮生長因子也可以通過活化EGFR轉(zhuǎn)導(dǎo)上調(diào)GPR30的表達(dá)，增強(qiáng)對雌激素的反應(yīng)[11]，提示兩者之間有豐富的交談或存在正反饋回路。雌激素結(jié)合GPR30的結(jié)構(gòu)分析表明，GPR30是除經(jīng)典雌激素受體以外真正的雌激素受體。GPR30發(fā)現(xiàn)與深入研究解釋了臨床中雌激素依賴婦科腫瘤，如子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌、子宮肌瘤等，通過使用抗雌激素受體藥物(如他莫昔芬)治療后出現(xiàn)腫瘤減小不明顯甚至繼續(xù)生長等現(xiàn)象。

近期，Heublein等[12]發(fā)現(xiàn)，上皮性卵巢癌患者中卵泡刺激素受體陰性群體較為特殊，其在治療反應(yīng)和預(yù)后兩方面可能有所不同。隨后，Heublein等[12]通過研究GPR30在卵巢癌中的作用發(fā)現(xiàn)，雌激素作為GPR30的激動劑，主要通過促性腺激素促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞增殖。同時,還觀察到GPR30與卵泡刺激素受體及黃體生成素受體密切相關(guān)。其中，在卵巢漿液性腫瘤中，GPR30的表達(dá)與卵泡刺激素、黃體生成素受體密切相關(guān)，而與雌激素受體α、雌激素受體β無關(guān)[13]。此外，相關(guān)研究表明[14]，GPR30 mRNA在一系列卵巢癌細(xì)胞株中表達(dá)。目前，就Heublein等[12]的研究可以得出GPR30在卵巢癌的生長及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要的作用，但其與促性腺激素間的具體關(guān)聯(lián)有待進(jìn)一步研究驗證。

Heublein等[12]同時應(yīng)用免疫組織化學(xué)法、免疫印跡法等的研究表明，GPR30在上皮性卵巢癌中高度表達(dá)。其中，在黏液性癌中表達(dá)較高，在漿液性癌中表達(dá)稍低。相對而言，在子宮內(nèi)膜癌中表達(dá)最低。而有關(guān)研究表明，GPR30在子宮內(nèi)膜癌的高表達(dá)表示組織學(xué)為浸潤型且疾病處于晚期，并且浸潤深入子宮肌層，呈高分化。同時發(fā)現(xiàn)，具有GPR30高表達(dá)的患者，其總體生存率遠(yuǎn)低于GPR30低表達(dá)的患者(分別是65.2%和100%)[15]。在近期研究中，上述相關(guān)性也出現(xiàn)在卵巢癌中[16]。綜上所述，得出GPR30與卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌的分型、預(yù)后密切相關(guān)。但目前GPR30只在小范圍內(nèi)的信號通道中得到研究，人們對其與眾多蛋白的作用仍不了解，相關(guān)作用機(jī)制仍需更進(jìn)一步的探索。而且，目前研究大多是GPR30在不同靶基因中的作用，對GPR30在一種靶基因調(diào)節(jié)功能的深入研究仍很匱乏。

3.2Frizzled 由于FZD存在七跨膜段，且有證據(jù)表明FZD與G蛋白之間存在偶聯(lián)，但其與家族A、B或C間存在實質(zhì)性結(jié)構(gòu)差異，故FZD被IUPHAR單獨(dú)歸為家族F[17]。哺乳動物中，19種Wnt蛋白質(zhì)通過結(jié)合11種FZD，激活細(xì)胞內(nèi)不同信號通路，如經(jīng)典的Wnt/β聯(lián)蛋白及非經(jīng)典的Wnt/平面細(xì)胞極性、Wnt/Ca2+[17]。已有文獻(xiàn)報道，經(jīng)典的Wnt信號通路激活與一系列腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。在經(jīng)典的Wnt信號通路中，細(xì)胞外蛋白質(zhì)結(jié)合同族Wnt受體，間接穩(wěn)定β聯(lián)蛋白，使其進(jìn)入細(xì)胞核并與DNA結(jié)合蛋白T細(xì)胞因子作用，從而促進(jìn)增殖基因的表達(dá)。在人類癌癥中，通常原癌基因、β聯(lián)蛋白或腫瘤抑制基因的突變，如腺瘤息肉病桿菌、軸蛋白的突變使Wnt信號激活[18]。前人研究得出Wnt信號通路主要通過FZD調(diào)控[19]。然而，有關(guān)其信號規(guī)范機(jī)制及G蛋白異源三聚體如何參與其中仍不清楚。

2008年，有研究者應(yīng)用定量實時反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)篩選法顯示FZD5及FZD10 mRNA在人和大鼠子宮內(nèi)膜細(xì)胞中均可表達(dá)，并應(yīng)用反義探針通過原位雜交法研究Wnt7a、FZD5、FZD10及分泌性卷曲相關(guān)蛋白家族基因的具體分布，結(jié)果顯示子宮內(nèi)膜組織通過一種復(fù)雜模式表達(dá)Wnt7a、FZD5、FZD10及SFRP4[20]。同時，研究者應(yīng)用熒光素受體證實，Wnt7a通過與FZD5結(jié)合激活β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號通路從而誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖[21]。2013年，Ono等[18]采用人鼠子宮平滑肌瘤、子宮肌層、肌瘤不成熟群及肌瘤成熟群模型，應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)檢測以上模型的Wnt基因，結(jié)果顯示W(wǎng)nt信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的84個基因，與未經(jīng)處理的細(xì)胞相比，接受雌激素及孕激素處理的基因?qū)⒈磉_(dá)不同Wnt信號通路。此外，持續(xù)激活子宮肌瘤中Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路，將增強(qiáng)肌瘤干細(xì)胞的再生和增殖，從而導(dǎo)致體內(nèi)腫瘤發(fā)生。因此，通過抑制Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路抑制肌瘤發(fā)生為臨床治療子宮肌瘤提供了一個新方向。上述研究表明，F(xiàn)ZD介導(dǎo)的Wnt信號通路與婦科疾病密切相關(guān)，但有關(guān)其在子宮內(nèi)膜增殖及子宮肌瘤等發(fā)生中具體作用機(jī)制及相關(guān)調(diào)控目前仍不清楚。

3.3GnRHR GnRHR是GPCR家族中結(jié)構(gòu)最小者之一，是臨床上治療癌癥的重要靶受體[22]。其在腫瘤中的作用被廣泛研究。GnRHR不僅分布在垂體及正常外周組織,也分布在各種腫瘤細(xì)胞如前列腺癌和子宮內(nèi)膜癌、平滑肌瘤、平滑肌肉瘤、乳腺癌、絨毛膜癌等。研究表明，在子宮內(nèi)膜癌中，GnRHR激活后偶合到Gi蛋白降低細(xì)胞內(nèi)腺苷環(huán)磷酸水平，基因轉(zhuǎn)錄的下調(diào)及抗增生作用[23]。目前臨床循證醫(yī)學(xué)研究證實了GnRHa聯(lián)合順鉑治療組的總體生存率、5年生存率都較順鉑治療組有所提高，這也為臨床今后卵巢癌的聯(lián)合化療提供了一個方向[22]。

2013年，為闡明GnRHa是否直接作用于卵巢顆粒細(xì)胞，Torrealday等[24]采用定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)和免疫組織化學(xué)等方法研究，結(jié)果顯示GnRHR的mRNA和蛋白質(zhì)在大鼠的卵巢(顆粒細(xì)胞和卵母細(xì)胞)中均表達(dá)。但在GnRHa刺激后的不同時間間隔中都無法探測到腺苷環(huán)磷酸增加或信號通路細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶或p38的激活。而在對照組垂體細(xì)胞中卻檢測到上述激活作用。該研究表明，在卵巢中GnRHa的激活水平既低于檢測水平又不同于其在垂體中的水平。由于GnRHa越來越多地用于保護(hù)婦女生育能力，所以其在卵巢細(xì)胞中的具體激活機(jī)制將是未來研究的新趨勢。

4 結(jié) 語

盡管GPCR是細(xì)胞表面受體中最大的家族，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用，但在臨床實踐中，目前只有少部分抗癌化合物是通過干擾GPCR介導(dǎo)的信號通路而發(fā)揮作用。雖然GPCR及其配體在腫瘤進(jìn)展中所起的作用是錯綜復(fù)雜的,但最近越來越多的證據(jù)表明這些分子與癌癥的進(jìn)展有一定的聯(lián)系。因此，GPCR及其下游激活效應(yīng)器是腫瘤預(yù)防和治療中非常重要的潛在藥物靶點(diǎn)。在未來研究領(lǐng)域里，對GPCR介導(dǎo)的信號通路與其他信號通路之間的網(wǎng)絡(luò)圖的探究將進(jìn)一步推動對該受體的認(rèn)識，同時為科學(xué)家研究提供了一種新的抗腫瘤藥物研究方法。此外，對GPCR中孤兒受體的不斷研究可能會在不久的將來研發(fā)出新的抗腫瘤藥物靶點(diǎn)。

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