非視紫質(zhì)G蛋白偶聯(lián)受體激酶對(duì)腫瘤的調(diào)控作用

李瑞瑞，蔣曉山

0 引言

外界環(huán)境刺激通過(guò)胞膜受體將信號(hào)從胞外轉(zhuǎn)導(dǎo)到胞內(nèi)。G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors, GPCRs）是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的跨膜受體超家族，能接受多種細(xì)胞外信號(hào)刺激，是細(xì)胞正常生命活動(dòng)的重要調(diào)節(jié)者和新藥研發(fā)的重要靶點(diǎn)[1]。GPCRs的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程受G蛋白偶聯(lián)受體激酶（G protein-coupled receptor kinase, GRKs）的調(diào)控。目前，在哺乳動(dòng)物組織中共發(fā)現(xiàn)七個(gè)GRK家族成員并分為三個(gè)亞家族：（1）GRK1亞家族，特異性表達(dá)于視網(wǎng)膜，又稱為視紫質(zhì)激酶家族，通過(guò)磷酸化視紫紅質(zhì)受體介導(dǎo)光轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括GRK1和GRK7；（2）GRK2亞家族，或β-腎上腺素能受體激酶家族，包括GRK2和GRK3；（3）GRK4亞家族，包括GRK4、GRK5和GRK6。GRK4主要在腦、腎臟、睪丸和卵巢顆粒細(xì)胞中表達(dá), GRK2、GRK3、GRK5和GRK6則可表達(dá)于全身組織，這5個(gè)GRKs分子又稱為非視紫質(zhì)GRKs[2]。非視紫質(zhì)GRKs通過(guò)磷酸化活化狀態(tài)的GPCRs或非GPCR磷酸化功能參與廣泛的細(xì)胞生理和病理活動(dòng)[2-3]，其中一些信號(hào)通路與腫瘤的發(fā)生和演進(jìn)密切相關(guān)，探討其對(duì)腫瘤的調(diào)控作用，有助于深入理解腫瘤的發(fā)生與發(fā)展機(jī)制，為癌癥診斷和治療研究提供新思路。本文就近些年來(lái)非視紫質(zhì)GRKs與腫瘤細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移等信號(hào)調(diào)控研究進(jìn)展作一綜述。

1 GRKs的結(jié)構(gòu)及功能

GRKs屬于絲/酪氨酸蛋白激酶家族，主要通過(guò)磷酸化不同的底物參與細(xì)胞信號(hào)通路的調(diào)控。

1.1 GRKs的結(jié)構(gòu)

迄今為止，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中共發(fā)現(xiàn)7個(gè)GRK家族成員，分為GRK1（GRK1/7）、GRK2（GRK2/3）和GRK4（GRK4/5/6）三個(gè)亞家族。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上包含~185個(gè)氨基酸的氨基（N）端、~105~230個(gè)氨基酸的羧基（C）端和中央高度保守~270個(gè)氨基酸的激酶結(jié)構(gòu)域[4]。其N-末端30個(gè)氨基酸在GRKs家族中高度保守，是識(shí)別活化的GPCR的關(guān)鍵位點(diǎn)；N端區(qū)包含G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)子（regulators of G protein signaling, RGS）同源序列結(jié)構(gòu)域，調(diào)控GRKs與Gαq相互作用和自身同源二聚化[4-5]。C端與GRKs膜定位有關(guān)：GRK1和GRK7的C-末端含有法尼基化（farnesylation）和櫳牛兒基化（geranylgeranylation）短序列，而GRK4和GRK6含多個(gè)能夠被棕櫚?；陌腚装彼釟埢@些位點(diǎn)的?；偈笹RKs分子與質(zhì)膜結(jié)合[4]；GRK2和GRK3的C-末端結(jié)構(gòu)域在受體激活后與游離的Gβγ亞基結(jié)合，進(jìn)而與質(zhì)膜磷脂相互作用[6]；GRK5和GRK6的C-末端則存在一個(gè)由4個(gè)疏水性氨基酸殘基為核心的質(zhì)膜結(jié)合所必需的兩性螺旋結(jié)構(gòu)元基[4,7]。

1.2 GRKs對(duì)GPCR的磷酸化

GRKs是GPCR內(nèi)化和磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中重要的調(diào)節(jié)因子。GRKs通過(guò)磷酸化配體激活的GPCR，引發(fā)β-arrestin與受體結(jié)合，從而阻止G蛋白與GPCR偶聯(lián)，快速“關(guān)閉”或“去敏（desensitization）”激動(dòng)劑持續(xù)引發(fā)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，維持細(xì)胞自穩(wěn)。首先，GPCR與β-arrestin的結(jié)合在空間上阻礙了受體與G蛋白相互作用。第二，促使GPCR內(nèi)化、進(jìn)入被膜小窩形成網(wǎng)格蛋白小體。內(nèi)化的GPCR被脫磷酸化后，或迅速地返回質(zhì)膜重復(fù)使用，或降解[2]。

1.3 GRKs磷酸化GPCR以外的重要生物學(xué)功能

除了經(jīng)典的磷酸化GPCR受體的作用，GRKs也通過(guò)磷酸化非GPCR底物影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。如GRK2和GRK5分別磷酸化IRS1和HDAC5[8-9]。GRK5可以與NF-κB結(jié)合進(jìn)而穩(wěn)定IκBα/NF-κB復(fù)合物[10]，磷酸化p53進(jìn)而促進(jìn)后者降解[11]，以及定位于細(xì)胞中心體進(jìn)而參與中心體的微管成核和細(xì)胞周期的調(diào)控[12]。GRK6與GRK相互作用蛋白（GIT）1結(jié)合，激活RAC1信號(hào)通路、促進(jìn)小鼠脾臟凋亡免疫細(xì)胞的清除[13]。另一方面，GRKs通過(guò)與PI3K、clathrin、GIT、caveolin、MEK、AKT和RKIP等信號(hào)分子結(jié)合，以非磷酸化的方式參與細(xì)胞活動(dòng)。多個(gè)GRK分子可以與G蛋白的Gq和Gβγ亞單位、MAP激酶結(jié)合而調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)[3]。GRK4在GABAB受體去敏過(guò)程中無(wú)受體磷酸化，也不需要有催化活性的激酶[14]。這些研究提示，GRKs除了磷酸化GPCR、去敏GPCR信號(hào)通路以外，還以磷酸化非GPCR或通過(guò)非磷酸化作用參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控。

2 非視紫質(zhì)GRKs對(duì)細(xì)胞分化與增殖的調(diào)控

GRK2和GRK6通過(guò)抑制IGF1R介導(dǎo)的ERK及AKT信號(hào)通路、以及多個(gè)趨化因子受體（CXCR）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，負(fù)調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)[15-16]。GRK4通過(guò)磷酸化多巴胺受體抑制人腎臟近曲小管細(xì)胞的增殖[17]。GRK5能夠磷酸化核仁磷酸蛋白1，調(diào)控細(xì)胞核組裝、中心體復(fù)制和細(xì)胞分裂等過(guò)程；而磷酸化的核仁磷酸蛋白1促進(jìn)細(xì)胞的凋亡[18]。GRK5分子含有功能性核輸出序列，降低GPCR活性或終止鈣離子信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)可以改變GRK5的核穿梭機(jī)制，從而導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化[19-20]。GRK5通過(guò)磷酸化p53，促進(jìn)G2期向M期過(guò)渡[11]。GRK2和GRK5分布于中心體，可能促進(jìn)有絲分裂早期中心體的分離[21-22]。本研究小組最近報(bào)道，GRK4過(guò)表達(dá)顯著抑制人胚腎HEK293細(xì)胞的增殖，細(xì)胞發(fā)生衰老表型樣改變，伴隨18個(gè)與細(xì)胞周期調(diào)控、DNA損傷等關(guān)聯(lián)基因的mRNA水平顯著異常[23]。

3 非視紫質(zhì)GRKs與腫瘤

3.1 GRKs的表達(dá)調(diào)控

mRNA芯片數(shù)據(jù)顯示，在不同腫瘤中，GRKs表達(dá)水平不同。組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，GRK2/GRK6基因擴(kuò)增或GRK3/GRK5基因突變與缺失見(jiàn)于多種類型的腫瘤[24-25]。另一方面，GRKs表達(dá)和功能受到轉(zhuǎn)錄后修飾和與其他蛋白如Caveolin 1相互作用等因素調(diào)控，從而導(dǎo)致蛋白活性、定位或穩(wěn)定性的改變[26]。

3.2 GRK2

Métayé等報(bào)道GRK2在分化型甲狀腺癌組織中高表達(dá)，可能通過(guò)去敏促甲狀腺激素受體（TSHR）信號(hào)抑制甲狀腺癌細(xì)胞增殖[27]。在肝癌HepG2細(xì)胞中，GRK2抑制IGF1R信號(hào)通路，進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞增殖和遷移，可能為治療肝癌提供新的作用靶點(diǎn)[28]。另一方面，胰腺癌組織中GRK2水平高表達(dá)者預(yù)后差[29]。乳腺上皮細(xì)胞中EGF或者HER2受體等被活化，通過(guò)增強(qiáng)PI3K/AKT通路刺激GRK2的表達(dá)[30]。GRK2過(guò)表達(dá)促進(jìn)HDAC6磷酸化和活化，導(dǎo)致脯氨酰異構(gòu)酶Pin1的去乙?；?，后者是腫瘤進(jìn)展的調(diào)控因子，促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生與發(fā)展。真核翻譯起始因子3d（eIF3d）可以通過(guò)調(diào)控GRK2的穩(wěn)定性，增強(qiáng)PI3K/AKT信號(hào)通路，從而促進(jìn)膽囊癌細(xì)胞的增殖和遷移[31]。在慢性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞信號(hào)調(diào)控研究中發(fā)現(xiàn)，Locostatin的作用機(jī)制可能包括抑制RKIP與GRK2的結(jié)合，導(dǎo)致GRK2介導(dǎo)的MAPK-ERK1/2和AKT表達(dá)下調(diào)[32]。

3.3 GRK3

在三陰型乳腺癌MDA-MB 231細(xì)胞模型中，敲降GRK3導(dǎo)致CXCL12/CXCR4信號(hào)通路活性增強(qiáng)、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和裸鼠移植瘤轉(zhuǎn)移，提示GRK3可能通過(guò)負(fù)調(diào)控CXCR4信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移[33]。在前列腺癌細(xì)胞中，GRK3過(guò)表達(dá)引起雄激素剝奪療法激活的cAMP反應(yīng)元件結(jié)合，促進(jìn)前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展[34]；在結(jié)腸癌細(xì)胞中，GRK3過(guò)表達(dá)可以增強(qiáng)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡，其機(jī)制有待深入研究[35]。

另一方面，多組肝癌患者單因素分析研究顯示，GRK3高表達(dá)的患者生存率顯著升高，提示GRK3可能負(fù)性調(diào)控肝癌的發(fā)生與發(fā)展進(jìn)程[36]。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的亞型中也發(fā)現(xiàn)了GRK3 mRNA水平的降低，其中EGFR激活導(dǎo)致GRK3表達(dá)下調(diào)，而GRK3降低促進(jìn)CXCR4表達(dá)升高和腫瘤生長(zhǎng)[37]。

3.4 GRK4

GRK4可以激活乳腺癌細(xì)胞中β-arrestin介導(dǎo)的ERK1/2和JNK信號(hào)通路，促進(jìn)癌變[38]。在大鼠甲狀腺功能亢進(jìn)結(jié)節(jié)模型中，即使沒(méi)有促甲狀腺素受體突變和G蛋白α亞基突變，GRK3和GRK4的表達(dá)上調(diào)[39]。在卵巢顆粒細(xì)胞腫瘤中，GRK4 α/β亞基表達(dá)下調(diào)，而γ/δ亞基表達(dá)升高，提示GRK4不同亞基的表達(dá)可能參與卵巢顆粒細(xì)胞腫瘤的病理過(guò)程[40]。

3.5 GRK5

與GRK2相反，GRK5通過(guò)增強(qiáng)TSHR活性促進(jìn)甲狀腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)[27]。沉默GRK5基因，可以抑制前列腺癌PC3細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)G2/M期阻滯[41]。GRK5的促瘤效應(yīng)可能與它磷酸化p53蛋白、促進(jìn)p53降解，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡的功能有關(guān)[11]。在結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞中，腫瘤抑制因子TIG-1通過(guò)抑制β-catenin信號(hào)通路來(lái)抑制PGE2誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖，這一過(guò)程由GRK5調(diào)控[42]。GRK5在非小細(xì)胞肺癌的多個(gè)細(xì)胞系中表達(dá)量顯著升高，GRK5高表達(dá)的患者生存率低、預(yù)后差。而突變GRK5基因可以抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，提示GRK5有可能成為治療肺癌的新靶標(biāo)[43]。

3.6 GRK6

GRK6在肺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、成神經(jīng)管細(xì)胞瘤等腫瘤的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用[44-46]。GRK6高表達(dá)與甲狀腺乳頭狀癌的腫瘤大小和分期成正比，并增加癌復(fù)發(fā)的機(jī)率，提示GRK6促進(jìn)甲狀腺乳頭狀癌的生長(zhǎng)[47]。與GRK5比較，GRK6高表達(dá)能促進(jìn)結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展，降低患者5年生存率，但是機(jī)制仍不清楚[48]。在肝細(xì)胞癌中，下調(diào)GRK6可以抑制CD97分子的內(nèi)化，刺激下游基質(zhì)金屬蛋白酶2/9的分泌，從而促進(jìn)肝細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移[49]。另一方面，GRK6啟動(dòng)子的異常甲基化導(dǎo)致其在下咽喉鱗狀細(xì)胞癌中表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)癌癥的發(fā)展[50]。

4 結(jié)語(yǔ)

非視紫質(zhì)激酶家族GRKs參與調(diào)控多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，不同GRKs分子對(duì)腫瘤細(xì)胞的調(diào)控作用不同，或抑制、或促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與生長(zhǎng)。在不同的腫瘤環(huán)境中，GRKs的功能改變時(shí)常常伴有相關(guān)GPCRs、原癌基因等分子功能的相應(yīng)改變，目前對(duì)這些效應(yīng)的觀察還很膚淺，其詳細(xì)的分子機(jī)制有待進(jìn)一步揭示。