RGS4在藥物依賴受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用

趙林波 趙永娜

昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院暨云南省天然藥物藥理重點實驗室，云南 昆明 650500

RGS4在藥物依賴受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用

趙林波 趙永娜*

昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院暨云南省天然藥物藥理重點實驗室，云南 昆明 650500

藥物依賴形成機制復(fù)雜，涉及多腦區(qū)、多受體信號通路的共同調(diào)節(jié)。G蛋白信號調(diào)節(jié)因子4(RGS4)可通過作用于多巴胺、阿片、代謝型谷氨酸等受體系統(tǒng)參與藥物依賴形成的調(diào)節(jié)。筆者以RGS4為靶點，通過對多巴胺、阿片、代謝型谷氨酸受體系統(tǒng)的影響闡述RGS4在藥物依賴相關(guān)受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用。

G蛋白偶聯(lián)受體調(diào)控因子4；藥物依賴；多巴胺受體；阿片受體；代謝型谷氨酸受體

藥物依賴(Drug dependence)又稱藥物成癮，是一種以強迫性覓藥、無限制用藥、中斷用藥后出現(xiàn)戒斷癥狀為典型特征的慢性復(fù)發(fā)性腦病[1]。其發(fā)生發(fā)展機理十分復(fù)雜，涉及不同藥物及腦內(nèi)多個腦區(qū)、多條神經(jīng)環(huán)路、多受體信號分子的共同調(diào)節(jié)，通過改變神經(jīng)遞質(zhì)的數(shù)量，受體數(shù)量、活性及下游細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子活性或轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等導(dǎo)致藥物依賴形成[2-4]。藥物依賴主要與腦內(nèi)三個系統(tǒng)密切相關(guān)：(1)中腦-邊緣多巴胺系統(tǒng)(Mesolimbic dopamine system, MLDS)[5]；(2)阿片受體系統(tǒng)[6]；(3)谷氨酸遞質(zhì)受體系統(tǒng)[7]。盡管不同成癮藥物有不同藥理學(xué)機理，但是無論急性還是慢性暴露于成癮藥物后都產(chǎn)生相似的作用，即藥物獎賞和戒斷后的負性情感效應(yīng)[1]。G蛋白信號調(diào)節(jié)因子4(Regulator of G-protein signaling 4,RGS4)是G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor,GPCR)的負性調(diào)節(jié)因子，可通過加速G蛋白水解失活而“關(guān)閉”相關(guān)信號因子的傳導(dǎo)[8]，在藥物依賴形成中扮演了重要角色。

1 RGS4的結(jié)構(gòu)、功能及分布

RGS是一組分子大小不同，具有多種功能的蛋白質(zhì)大家族，它們都有一個保守的約由120個氨基酸組成且具有GTPase激活蛋白(GTPase-activating proteins，GAPs)活性的RGS結(jié)構(gòu)域，主要作用于Gαi和Gαq亞家族GPCR介導(dǎo)的信號通路，可將GTP水解速度提高100～1000倍，縮短激活的GTP-Gai(Gaq)的半衰期，從而加速G蛋白信號通路的“關(guān)閉”。所以，RGS是GPCR重要的負性調(diào)節(jié)因子。RGS4是RGS蛋白大家族中含量較多的一員，結(jié)構(gòu)簡單，僅含一個RGS結(jié)構(gòu)域，沒有發(fā)揮調(diào)控功能的結(jié)構(gòu)域。RGS4能削弱與Gαi和Gαq亞基偶聯(lián)的受體信號因子作用的持續(xù)時間及強度。RGS4可與GPCR、Gαq、PLCβ1形成穩(wěn)定復(fù)合物，從而阻斷PLC系統(tǒng)介導(dǎo)的磷脂酰肌醇/Ca2+信號；另外，RGS4還與Gβγ有弱的相互作用，激活其他離子通道而發(fā)揮效用[8-9]。

RGS4在人腦或者大、小鼠腦中均有較高的表達水平且表達區(qū)域分布廣泛，主要在額葉皮質(zhì)、杏仁核、藍斑、紋狀體、海馬等腦區(qū)含量豐富[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)，RGS4在精神分裂癥[12]、帕金森病[13]等精神疾病的發(fā)生發(fā)展中起了重要作用。另外，RGS4可參與可卡因、嗎啡、苯丙胺等成癮性藥物急慢性給藥的調(diào)節(jié)[14-15]，作為GPCR的負性調(diào)節(jié)因子，RGS4可通過與受體、效應(yīng)器酶、支架蛋白和其它信號分子共同形成復(fù)雜的信號分子轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物，影響其他信號分子的細胞內(nèi)定位、活性以及穩(wěn)定性而參與藥物依賴形成[16-17]。

2 RGS4在藥物依賴信號通路中的調(diào)節(jié)

2.1 RGS4在多巴胺受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用 多巴胺系統(tǒng)是公認的參與藥物依賴形成的經(jīng)典的神經(jīng)遞質(zhì)受體系統(tǒng)，大多數(shù)成癮藥物主要作用于多巴胺(Dopamine, DA)受體使DA遞質(zhì)釋放增加，DA是動機活動和產(chǎn)生欣快感的重要神經(jīng)遞質(zhì)，是藥物依賴中精神依賴和強化效應(yīng)形成的重要因素[5]。多巴胺受體(Dopamine receptor, DAR)屬于G蛋白偶聯(lián)受體，RGS4可通過與DAR不同亞型間的相互作用而參與藥物依賴的調(diào)節(jié)。已有研究發(fā)現(xiàn)，精神興奮藥的使用可不同程度調(diào)節(jié)RGS4基因的表達，這可能是通過D1R和D2R受體介導(dǎo)的，D1受體激活可降低RGS4表達，而D2R激活則可增加RGS4的表達。RGS4 mRNA在紋狀體表達豐富，與D1和D2受體存在共表達，在不同時間點使用D1R拮抗劑和D2R激動劑后，RGS4 mRNA表達水平的改變與DAR被占據(jù)可同時檢測到，RGS4mRNA出現(xiàn)延遲性的僅持續(xù)短時間的表達上調(diào)，而使用D2R拮抗劑后發(fā)現(xiàn)RGS4 mRNA表達下調(diào)[18-19]。成癮性藥物可影響大腦RGS4的表達，Schwendt[14]等發(fā)現(xiàn)，慢性間斷性或持續(xù)性給予可卡因后停藥2～3周可導(dǎo)致大鼠前額葉皮質(zhì)或背側(cè)紋狀體RGS4 mRNA減少，可卡因?qū)GS4的精細調(diào)節(jié)可能是由D1R和D2R介導(dǎo)的，這種調(diào)節(jié)也是大鼠可卡因覓藥行為戒斷和復(fù)發(fā)的基礎(chǔ)。另外，急性給予大鼠苯丙胺后也檢測到了腦內(nèi)RGS4表達下調(diào)，且苯丙胺能增強D1R拮抗劑引起的RGS4 mRNA的增加和D2R拮抗劑引起的RGS4 mRNA的減少，D1R和D2R對RGS4在紋狀體的表達有相反的影響，在給予低劑量苯丙胺時，D1R介導(dǎo)的RGS4 mRNA表達明顯下調(diào)，而給予高劑量時，總體效應(yīng)可能被D2R介導(dǎo)的RGS4 mRNA表達上調(diào)所平衡[20]。上述觀點均證實，成癮藥物可能是通過作用于DAR來精細調(diào)控RGS4表達，而RGS4也可對D1R、D2R信號級聯(lián)反應(yīng)進行微調(diào)。

2.2 RGS4在阿片受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用 阿片類藥物依賴和戒斷的狀態(tài)是多種神經(jīng)遞質(zhì)、受體和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子等共同作用形成的[6]。藍斑是主要的阿片類藥物軀體依賴性調(diào)控部位，阿片受體密集程度與依賴及戒斷癥狀有直接聯(lián)系[21]。國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，重復(fù)給予小鼠甲基苯丙胺后停藥可導(dǎo)致其行為敏化的形成，而μ-阿片受體(μ-opioid receptor, MOR)敲除小鼠可抵抗甲基苯丙胺誘導(dǎo)的行為敏化形成，在敲除鼠紋狀體中，D1R與配體結(jié)合減少，RGS4 mRNA表達上調(diào)[22]。Wang等[23]用MOR或DOR(δ-opioid receptor, DOR)激動劑過夜處理人成神經(jīng)細胞瘤SH-SY5Y細胞，發(fā)現(xiàn)該處理可導(dǎo)致RGS4蛋白水平的顯著下調(diào)，而這種下調(diào)可被阿片受體拮抗劑納洛酮阻斷。阿片受體激動劑所致的RGS4下調(diào)可能是通過蛋白酶體途徑發(fā)生的，且可維持嗎啡依賴下的細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，基于RGS4的多交互效應(yīng)，這還能涉及通過增加其他Gαi或Gαq偶聯(lián)的GCPR受體信號引起。Han等[24]研究發(fā)現(xiàn)，選擇性沉默伏隔核中RGS4的表達可增強小鼠嗎啡獎賞效應(yīng)的敏感性，且RGS4基因敲除小鼠也表現(xiàn)出更加強烈的阿片階段癥狀。由此可推測，阿片受體介導(dǎo)依賴行為的形成，而能對阿片受體起負性調(diào)節(jié)作用的RGS4則能減輕甚至抑制阿片受體介導(dǎo)的依賴行為發(fā)生。

2.3 RGS4在代謝型谷氨酸受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用 谷氨酸作為腦中最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，通過與離子型或代謝型谷氨酸受體的結(jié)合，通過調(diào)節(jié)突觸可塑性或多種途徑調(diào)節(jié)谷氨酸的轉(zhuǎn)運，從而影響藥物獎賞、復(fù)吸等行為[6]。近年來研究表明，代謝型谷氨酸受體5(metabotropic glutamate receptor，mGluR5)作為一類GCPR，與苯丙胺等藥物依賴形成密切相關(guān)[25-26]。mGluR5屬于G蛋白偶聯(lián)受體，是RGS4作用的主要靶點，可與RGS4形成復(fù)合物參與藥物依賴的形成[27]。已有研究證實，mGluR5在各種藥物成癮和與之相關(guān)的行為如戒斷、渴求、覓藥、消退以及重建行為中都發(fā)揮著重要的作用[26]。國外學(xué)者通過慢性給予大鼠苯丙胺后戒斷一段時間使之形成敏化，然后再給予苯丙胺刺激，發(fā)現(xiàn)RGS4可與mGluR5形成免疫共沉淀復(fù)合物，且大鼠腦背側(cè)紋狀體和伏隔核RGS4表達下調(diào)，同時還伴隨著Gαq和PLCβ1的上調(diào)[28]。另外的研究也發(fā)現(xiàn)，使RGS4過表達可減弱由苯丙胺或mGluR5激動劑誘導(dǎo)的動物行為活性和降低ERK磷酸化水平，與使用mGluR5拮抗劑有相似的效果[29]，由此可推測RGS4可對mGluR5發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用，這可能是由Gαq激活作用于PLCβ1而調(diào)節(jié)下游信號通路發(fā)生的。

3 小結(jié)與展望

近年來，由藥物依賴造成的一系列社會問題在我國越演越烈，不僅用藥群體更趨低齡化和女性化，許多公眾人物也卷入其中，造成了嚴重的不良影響?？梢姡U明藥物依賴形成機制，尋找其治療方法迫在眉睫。許多成癮藥物通過作用于各類GPCR及相關(guān)信號通路介導(dǎo)欣快感和戒斷癥狀的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致藥物依賴形成，RGS4作為GPCR負性調(diào)節(jié)因子，可通過調(diào)節(jié)GPCR活性而改變下游信號傳導(dǎo)而參與藥物依賴的調(diào)節(jié)。因此，將RGS4作為一個特異性的研究靶點，進一步探索RGS4在藥物依賴受體信號通路中的調(diào)節(jié)作用，可為尋找、研發(fā)藥物依賴的治療方法提供新思路和理論基礎(chǔ)。

[1]Koob GF, Volkow ND, Neurocircuitry of Addiction.[J].Neuropsychopharmacology, 2010, 35(1): 217-238

[2]許望超．腦獎賞系統(tǒng)研究進展[J].廣州醫(yī)藥，2008，39(2)：1-2

[3]Nestler EJ.Cellular basis of memory for addiction[J]. Dialogues Clin Neurosci,2013,15(4):431-43.

[4] 朱杰，曹國芬，陳騰.藥物成癮相關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)可塑性改變.[J].生理科學(xué)進展，2011,42(6): 413-417.

[5] 張棟梁，沈澤虹．多巴胺系統(tǒng)與藥物成癮的關(guān)系[J].神經(jīng)解剖學(xué)雜志.2010，26(5)：564-568.

[6] 劉建亮，閆俊紅．阿片依賴及戒斷的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展.2010，10(13)：2581-2583.

[7] 周健康，白潔．谷氨酸受體與藥物成癮的相關(guān)研究[J].生命科學(xué)，2014，26(1)：80-84.

[8]Croft W,Hill C,McCann E, et al.A physiologically required G protein-coupled receptor (GPCR)-regulator of G protein signaling(RGS) interaction that compartmentalizes RGS activity[J].J Biol Chem, 2013, 288:27327-27342.

[9] Xie K,Martemyanov K.Control of striatal signaling by G protein regulators[J].Frontiers of Neuroanatomy.2011,5(49)：1-13.

[10] Gold SJ, Ni YG, Dohlman HG, et al.Regulators of G-protein signaling (RGS) proteins: region-specific expression of.nine subtypes in rat brain[J].J Neurosci 1997, 17(20): 8024-8037.

[11] Larminie C, Murdock P, Walhin JP, et al.Selective expression of regulators of G-proteinsignaling(RGS) in the humancentral nervous system[J].Brain Res Mol Brain Res ,2004,122: 24-34.

[12] Rivero G., Gabilondo AM.García-SevillaJA, et al.Brain RGS4 and RGS10 protein expression in schizophreniaand depression Effect of drug treatment[J].Psychopharmacology, 2013, 226:177-188.

[13] Lerner TN, Kreitzer AC.RGS4 is required for dopaminergic control of striatal LTD and susceptibility to parkinsonian motor deficits[J].Neuron,2012,73: 347-359.

[14]Schwendt M,Hearing MC,See RE, et al.Chronic cocaine reduced RGS4 mRNA in rat prefrontalcortex and dorsal striatum[J].Neuroreport,2007, 18(12): 1261-1265.

[15] Bishop GB,Cullinan WE,Curran E, et al.Abused drugs modulate RGS4 mRNA levels in rat brain:comparison between acute drug treatment and a drugchallenge after chronic treatment[J].Neurobiol Dis, 2002, 10(3):334-343.

[16] Traynor J.Regulator of G protein-signaling proteins and addictive drugs[J].Ann N Y Acad Sci , 2010, 1187: 341-352.

[17] Hooks SB, Martemyanov K, Zachariou V.A role of RGS protein in drug addiction[J].BiochemPharmacol , 2008, 75: 76-84.

[18]Taymans JM,KiaHK,ClaesR,et al.Dopamine receptor-mediated regulation of RGS2 and RGS4 mRNA differentially depends on ascending dopamine projections and time[J].Eur J Neurosci,2004,19(8):2249-2260.

[19]Taymans JM,Leysen JE,LangloisX.Striatal gene expres sion of RGS2 and RGS4 isspecifi cally medi ated by dopamine D1 and D2 receptors:clues for RGS2 and RGS4 functions[J].J Neurochem,2003,84(5):1118-1127.

[20] Schwendt M,Gold SJ,McGinty JF.Acute amphetamine down-regulates RGS4 mRNA and protein expression in rat forebrain: distinct roles of D1 and D2 dopamine receptors [J].J Neurochem,2006, 96(6):1606-1615.

[21]Gold SJ,Han MH,Herman AE, et al.Regulation of RGS proteins by chronic morphinein rat locus coeruleus[J].Eur J Neurosci，2003,17(5):971-980.

[22] Park SW, Shen X, Tien LT, et al.Methamphetamine-induced changes in the striatal dopamine pathway in μ-opioid receptor knockout mice[J].Journal of Biomedical Science,2011, 18(1):83-93.

[23] Wang Q, Traynor JR.Opioid-induced down-regulation of RGS4: role of ubiquitination and implications for receptor cross-talk[J].J Biol Chem,2011, 286(10):7854-7864.

[24]Han MH,Renthal W,Ring RH,etal.Brain Region Specific Actions of RGS4 Oppose Morphine Reward and Dependence but Promote Analgesia[J].Biol Psychiatry,2010, 67(8):761-769.

[25] Brown RM, Mustafa S, Mohammed AA,et al.mGluR5 receptor functional interaction and addiction[J].Rrontiers in Pharmacology,2012 , 3:1-9.

[26] Yu MF, Lin TY, Ho WH, et al.Amphetamine induces differential changes in the gene expression of metabotropic glutamate receptor 5 in cultured cortical and hippocampal neurons[J].J Mol Neurosci, 2001, 17(1): 13-24.

[27]Saugstad JA,Marino MJ,Folk JA,et al.RGS4 Inhibits Signaling by Group I Metabotropic Glutamate Receptors [J].J Neurosci,1998, 18(3):905-913.

[28]Schwendt M,McGinty JF. Regulator of G-Protein Signaling 4 Interacts with Metabotropic Glutamate Receptor Subtype 5 in Rat Striatum: Relevanceto Amphetamine Behavioral Sensitization[J].J Pharmacol Exp Ther, 2007, 323(2): 650-657.

[29]Schwendt M,Sigmon SA,McGinty JF,et al.RGS4 overexpression in the rat dorsal striatum modulatesm GluR5-and amphetamine-mediated behavior and signaling[J].Psychopharmacology, 2012, 221(4):621-6351.

The regulation of RGS4 in receptor signaling pathwayof drug dependence

ZHAO Lin-bo , ZHAO Yong-na*

Kunming medical university, Kunming 650500, Chian

The formation mechanism of drug dependence is complex，involving the regulation of multiple brain regions and receptor signaling pathway. Regulator of G-protein signaling 4 (RGS4) could regulate the formation of drug dependence by acting on dopamine,opioid,metabotropic glutamate receptor system. This paper will expound the regulation of RGS4 inreceptor signaling pathwayof drug dependencevia the effects of dopamine、opioid、metabotropic glutamate receptor system with targetingas RGS4.

Regulator of G-protein signaling 4；drug dependence；dopamine receptor；opioid receptor；metabotropicglutamate receptor

云南省科技廳-昆明醫(yī)科大學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃聯(lián)合專項目(2012FB023)。

趙林波，女，碩士在讀。

趙永娜，女，教授，研究方向：神經(jīng)藥理學(xué)，E-mail：mszhaoyn@163.com

R74,R963

A

1007-8517(2015)08-0026-02

2015.01.21)