G蛋白偶聯(lián)受體在腸道疾病及模型中的研究進展

張懷月

[摘要]：G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupledreceptor，GPCR）是人基因組編碼數(shù)目最多和種類最廣的細胞膜表面受體蛋白家族，是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的一類相當(dāng)重要的蛋白質(zhì)分子，其功能廣泛，參與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及疾病發(fā)生過程，被廣泛用于疾病機理研究和藥物研發(fā)。近年來，我國腸道疾病的患病率不斷上升，但其發(fā)病機制并不清楚。最近研究發(fā)現(xiàn)，GPCR通過影響腸上皮屏障完整性和參與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑進而調(diào)控多種腸道疾病如炎癥性腸病。本文系統(tǒng)綜述了GPCR分類和功能以及近年來在腸道疾病及實驗?zāi)Ｐ椭械难芯窟M展，并對GPCR在腸道疾病中的進一步研究進行了總結(jié)展望。

[關(guān)鍵詞]：G蛋白偶聯(lián)受體，炎癥性腸病，潰瘍性結(jié)腸炎，克羅恩病，結(jié)腸癌，腸缺血再灌注

[中圖分類號]R373.2 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]2107-2306（2020）04-248-02

GPCR是人類蛋白家族中最大的膜蛋白家族，約有800個家族.成員，這些受體能夠引發(fā)細胞內(nèi)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，通過結(jié)合細胞外多種類型的信號分子產(chǎn)生作用。不同的配體與GPCR胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合，導(dǎo)致受體產(chǎn)生構(gòu)型上的變化，進一步通過細胞膜傳遞信號，由此引發(fā)胞內(nèi)G蛋白等信號蛋白結(jié)合到受體的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域上，引發(fā)不同的信號途徑[1]。

在本文中我們系統(tǒng)的，總結(jié)了GPCR在腸道疾病，如炎癥性腸病、結(jié)腸癌和腸缺血再灌注損傷等發(fā)生發(fā)展中的重要作用，本文將為GPCR相關(guān)腸道疾病的治療提供新的思路和策略。

1.GPCR結(jié)構(gòu)與分類

GPCR蛋白家族是一類高度保守的受體蛋白，是細胞膜表面受體的最大家族，通常是由一條肽鏈組成、具有7個a螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域，GPCR家族是一種多用途的、可以調(diào)節(jié)多種細胞內(nèi)級聯(lián)信號反應(yīng)，以應(yīng)答激素、神經(jīng)遞質(zhì)、離子、光子、氣味和其他刺激的蛋白家族[2];GPCR的激活通過與G蛋白異三聚體以及GPCR激酶的磷酸化作用和抑制蛋白偶聯(lián)的G蛋白獨立途徑來調(diào)控細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，該異三聚體G蛋白包括Ga、GB和Gy，GB和Gy組成GBy異二聚體，研究發(fā)現(xiàn)G蛋白的數(shù)量是有限，因此數(shù)量有限的G蛋白能與多種受體偶聯(lián)并發(fā)揮不同的作用，這些能力表明了存在一種保守的受體催化G蛋白活化機制，該機制與Ga亞基與核苷酸的結(jié)合狀態(tài)有關(guān)。國際基礎(chǔ)和臨床藥理學(xué)聯(lián)盟命名委員會（NC-IUPHAR）根據(jù)序列同源性考慮了6種GPCR類型。其6種類型成員如下：A類（視紫紅質(zhì)樣），B類（分泌蛋白受體樣）），C類（代謝型谷氨酸受體樣），D類（真菌交配信息素受體樣），E類（環(huán)狀A(yù)MP受體樣）和F類（卷曲/平滑樣）[3]。

2.GPCR與炎癥性腸病

2.IGPCR與潰瘍性結(jié)腸炎

李霞等[4]發(fā)現(xiàn)Rheb在炎癥性腸病的發(fā)病過程中起作用。Rheb作為mTOR信號通路上游激活蛋白，是一個小GTP酶，Rheb-GTP直接激活mTOR進而開啟mTORC1信號通路，mTOR信號通路可以調(diào)節(jié)細胞生長、增殖和存活，通過感知細胞外的營養(yǎng)狀況來發(fā)揮作用。DSS誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎小鼠腸上皮中的Rheb的蛋白水平明顯上調(diào)，且Rheb+/一小鼠的腸炎更加嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在Rheb+/一小鼠腸上皮增殖減少，凋亡細胞增多，且腸上皮細胞出現(xiàn)大面積的潰瘍，其分子機制為mTOR信號通路來應(yīng)答Rheb+/一小鼠對DSS誘導(dǎo)的腸炎。CheryldeValliere等人[13]發(fā)現(xiàn)低氧條件下IBD患者與正常對照組相比，0GRlmRNA表達增多，并且酸性pH條件下，小鼠腹腔巨噬細胞和人腸巨噬細胞pH受體和促炎細胞因子的表達上調(diào)。在低pH條件下，TNF-a和低氧誘導(dǎo)的0GR1表達量提高，在酸性條件下0GR1活性具有正向調(diào)節(jié)作用，并支持0GR1在IBD發(fā)病中的作用。

2.2GPCR與克羅恩病

GuangxinChen等人[5]發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可以作為GPR109A的激動劑，丁酸鈉刺激TNBS誘導(dǎo)的野生型小鼠與GPR109A敲除的小鼠相比，可以顯著改善炎癥反應(yīng)和腸上皮屏障功能障礙，并且還發(fā)現(xiàn)丁酸鈉通過激活GPRI09A抑制AKT和NF一kBp65信號通路，改善TNBS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和腸上皮屏障功能障礙。保護腸上皮屏障主要在于丁酸鈉可以降低TNBS誘導(dǎo)小鼠的通透性和維持緊密連接和黏蛋白-2的含量，并且還可以抑制LPS對于巨噬細胞促炎細胞因子的表達。CheryldeValliere等人[6]發(fā)現(xiàn)低氧條件下IBD患者與正常對照組相比，0CRlmRNA表達增多，并且酸性pH條件下，小鼠腹腔巨噬細胞和人腸巨噬細胞pH受體和促炎細胞因子的表達上調(diào)。在低pH條件下，TNF-a和低氧誘導(dǎo)的0GRI表達量提高，在酸性條件下OGR1活性具有正向調(diào)節(jié)作用，并支持0GR1在IBD發(fā)病中的作用。

3.GPCR與結(jié)腸癌

崔恒祥等人[7]發(fā)現(xiàn)黏附蛋白GPRI26在惡性結(jié)腸癌中的表達明顯高于其相鄰組織，且沉默GPRI26會抑制結(jié)腸癌細胞增殖，并且抑制其在體內(nèi)生長，研究還表明GPRI26主要是通過mTOR通路來調(diào)節(jié)結(jié)腸癌細胞的生長，Westernblot結(jié)果顯示沉默GPR126會使細胞中的mTOR蛋白的表達下調(diào)。張隆等人[8]研究發(fā)現(xiàn)GPCRC5A（Gpre5a）在結(jié)直腸癌的發(fā)病中起著作用。Gprec5a也稱為維甲酸介導(dǎo)基因1和維甲酸介導(dǎo)的基因3，是作為維甲酸的調(diào)節(jié)基因，屬于谷氨酸受體家族，Gpre5a基因在不同的癌組織中有著不同的作用，例如在肺癌中起著抑癌基因的作用，在乳腺癌、胃癌和結(jié)腸癌中有癌基因的作用。研究發(fā)現(xiàn)Gprc5a在人結(jié)直腸癌癌組織的表達高于癌旁組織，且結(jié)直腸癌惡性程度越高，表達越高，并且在細胞水平上發(fā)現(xiàn)Gpre5a能調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌細胞的增殖和凋亡以及克隆的能力，同時在動物實驗中發(fā)現(xiàn)Gprc5a的敲除可以抑制小鼠腸炎模型腫瘤的發(fā)生，并且促進了腫瘤凋亡，其調(diào)節(jié)的分子機制為Gprc5a通過調(diào)節(jié)NF一KB信號通路使Vavin-1的表達和產(chǎn)物胱胺的含量降低調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中氧化應(yīng)激的壓力，進而調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展

4.GPCR與腸缺血再灌注損傷

腸缺血再灌注損傷（intestineischemia-reperfusioninjury，I/R）是由于腸道組織在腸道疾病的作用下產(chǎn)生的缺血缺氧，甚至產(chǎn)生的缺血壞死的綜合征，在缺血狀態(tài)下，機體會啟動修復(fù)機制，此時會引發(fā)血流的灌注，這種情況下不僅不會減輕組織癥狀，反而會加重組織器官損傷。柴世權(quán)等人[9]發(fā)現(xiàn)GPER不僅對于潰瘍性結(jié)腸炎起著保護作用，而且在腸缺血再灌注損傷也發(fā)揮著保護作用，研究展示了G-1處理顯著改善I/R引起的空腸黏膜屏障破壞，改善了空腸黏膜緊密連接蛋白Z0-1與Occludin表達以及降低了腸黏膜通透性，同時研究還發(fā)現(xiàn)G-1處理后顯著改善I/R引起的空腸隱窩千細胞增殖和上皮再生修復(fù)能力的下調(diào)，在小腸I/R損傷模型中，空腸隱窩iNOS表達顯著，但G-1處理顯著抑制I/R引起的iNOS表達升高。

5.總結(jié)與展望

腸道疾病的發(fā)病原因是復(fù)雜的，并且對其發(fā)病機制的認(rèn)知依舊是不清楚的，但腸道疾病與GPCR之間的關(guān)系確實是很密切的，GPCR對于腸道疾病發(fā)生發(fā)展過程有著重要意義，例如腸道疾病與白細胞的黏附和活化、細胞連接、炎性因子的產(chǎn)生和細胞自噬有關(guān)，這些生理過程與GPCR又是息息相關(guān)的，所以GPCR是針對治療腸道疾病的重要藥物靶點。但目前關(guān)于GPCR為藥物靶點的藥物研發(fā)還處于最初期的階段，以后需要基礎(chǔ)研究人員、藥物研發(fā)人員以及醫(yī)院方面進行更為深人的合作，以求未來不久研發(fā)出基于GPCR的腸道疾病的治療、診斷和監(jiān)測藥物。

參考文獻

[1 ]NaomiR.L atorraca，A.J. Venkatakrishnanand，Ron 0.Dror.GPCR Dynamics： Structures in Motion[J].Chem. Rev，2017 Jan 11;117（1）：139-155.

[2] Daniel Hilger，Matthieu Masureel，Brian K Kobilka.Structure and Dynamics of GPCR Signaling Complexes[J].Nat Struct Mol Biol，2018 Jan;25（1）：4-12

[3]NicoleScholz，Tobias L angenhanandTorstenSchineberg.·Revisiting the classification of adhesion GPCRs[J].Ann N Y Acad Sci，2019 Nov; 1456（1）： 80-95.

[4]李霞.Rheb在急性腸炎中的功能研究[D]上海：華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2014.4

[5]Guangxin Chen， Xin Ran， Bai Li， Yuhang Li， Dewei He， BingxuHuang，Shoupeng Fu，aJuxiongLiu，and Wei W ang.SodiumButyrateInhibits Inflammation and Maintains Epithelium Barrier Integrityin aTN BS-inducedInflammatoryBowelDiseaseMice Model[J].EBioMedicine.，2018 Apr; 30： 317-325.

[6]Cheryl de Vallière，Jesus Cosin-Roger， Simona Simmen， Kirstin Atrott，Hassan Melhem，Jonas Zeitz， Mehdi Madanchi， Irina Tcymbarevich， Michael Fried，Gerd A. Kullak-Ublick，Stephan R. Vavricka， Benjamin Misselwitz，Klaus Seuwen，Carsten A. Wagner，Jyrki J. Eloranta，Gerhard Rogler， and Pedro A. Ruiz.Hypoxia Positively Regulates the Expression of pH-Sensing G-Protein-Coupled Receptor OGR1 （GPR68）[J].Cell Mol Gastroenterol Hepatol.，2016 Nov; 2（6）：796-810

[7]崔恒祥.黏附蛋白GPCRGPR126在血管新生及結(jié)腸癌發(fā)生發(fā)展中的功能和機理研究[J]上海：華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2011.10

[8]張隆.GPCRC5A在結(jié)直腸癌中的功能和機制研究[D]上海：華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院.2014.10

[9]柴世權(quán).G蛋白偶聯(lián)雌激素受體（GPER）在小腸缺血再灌注損傷中的保護作用及其機制[D].山東：山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，2018.5.17