G蛋白偶聯(lián)受體81在腫瘤中的研究進(jìn)展

柴華，王艷

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，哈爾濱 150081

G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCR）是真核生物中最大的一類膜蛋白家族，至少編碼800個(gè)人類基因。GPCR包含7個(gè)跨膜蛋白，通過其信號通路的協(xié)同作用調(diào)節(jié)重要的生理過程[1]。GPCR基因表達(dá)的改變和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的失調(diào)已被認(rèn)為是惡性腫瘤的標(biāo)志[2]。細(xì)胞膜上特異性GPCR的異常表達(dá)可刺激細(xì)胞持續(xù)且不受調(diào)控地增殖并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的生長，誘導(dǎo)血管生成和轉(zhuǎn)移。目前大約50%市售的藥物是針對人類GPCR或其信號通路，然而只有少數(shù)受體被作為治療惡性腫瘤的靶點(diǎn)[3]。G蛋白偶聯(lián)受體81（G protein-coupled receptor 81，GPR81）是GPCR家族成員，是在脂肪和肌肉細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的乳酸受體，GPR81也稱為羥基羧酸受體1（hydroxycarboxylic acid receptor 1，HCAR1）。目前關(guān)于GPR81與腫瘤的研究方興未艾，GPR81參與了多種細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，可引起細(xì)胞生物學(xué)行為改變，與多種腫瘤的發(fā)生及發(fā)展具有密切聯(lián)系，對GPR81進(jìn)行研究可為腫瘤的預(yù)防及靶向治療提供新思路。本文闡述了GPR81和GPCR家族的特點(diǎn)，并對GPR81在腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 GPR81和GPCR家族的特點(diǎn)

GPCR是一類具有7個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)的跨膜蛋白受體，通過G蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)多種信號的活性[4]。GPCR可識別細(xì)胞外的各類信號分子并與之結(jié)合后發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，激活細(xì)胞內(nèi)的一系列信號通路，最終引起細(xì)胞狀態(tài)的改變[5]。基于GPCR設(shè)計(jì)的治療腫瘤的靶向藥物相對較少，近年來，GPCR在各種腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用引起廣泛關(guān)注。GPR81是GPCR家族中重要的一員，因其內(nèi)源性配體為羥基羧酸（hydroxy-carboxylic acid，HCA）代謝物，因此也被稱為HCA受體。GPR81最初是通過分析表達(dá)序列標(biāo)記和高通量基因組序列數(shù)據(jù)庫與各種已知GPCR序列的同源性發(fā)現(xiàn)的。GPR81存在于包括人類和嚙齒動(dòng)物在內(nèi)的許多哺乳動(dòng)物的基因組中[6]。GPR81廣泛分布于人體組織中，其中脂肪組織的表達(dá)水平最高[7]。已有研究證明，幾乎所有惡性腫瘤細(xì)胞即使在供氧充足的情況下，葡萄糖依舊向乳酸轉(zhuǎn)換，作為腫瘤細(xì)胞的主要能量途徑，這種代謝稱為有氧糖酵解（aerobic glycolysis）或“Warburg效應(yīng)（Warburg effect）”，這導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境中乳酸的產(chǎn)生增加[8]。而GPR81是乳酸鹽的特異性激動(dòng)劑，在多種腫瘤微環(huán)境中可作為信號分子轉(zhuǎn)導(dǎo)信號，參與腫瘤的代謝、血管生成和轉(zhuǎn)移。

2 GPR81與腫瘤的關(guān)系

2.1 肺癌

近年來全世界肺癌的發(fā)病率呈上升趨勢，中國肺癌患者的病死率在全部惡性腫瘤中居首位[9]。在肺癌的病理分型中，非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占全部肺癌的80%～85%，盡管肺癌的治療方法不斷發(fā)展，但患者的5年生存率僅為15%[10]。已有研究證實(shí)，機(jī)體內(nèi)的免疫系統(tǒng)根本無法完全殺滅腫瘤細(xì)胞，其主要原因是腫瘤細(xì)胞可通過操縱免疫抑制通路損害T細(xì)胞的功能，導(dǎo)致免疫逃逸[11]。在腫瘤微環(huán)境中，程序性死亡受體 1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱 PD-1）與程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）是一種主要的免疫抑制通路[12]。PD-1/PD-L1通路可促進(jìn)T細(xì)胞凋亡和無反應(yīng)（對抗原缺乏免疫反應(yīng)），從而防止過度刺激抗原后識別自身抗原[13]。惡性腫瘤利用這一途徑實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸。近年來，PD-1/PD-L1抗體藥物的上市給許多不同類型惡性腫瘤的治療帶來了希望，包括NSCLC[14]。但一些患者在抗PD-1或PD-L1治療后仍未能應(yīng)答或隨后復(fù)發(fā)，研究表明，腫瘤微環(huán)境中PD-L1表達(dá)增加與抗PD-1或PD-L1治療反應(yīng)差明顯相關(guān)[15]。已有研究證明，GPR81在肺癌細(xì)胞中表達(dá)，并介導(dǎo)肺腺癌細(xì)胞中乳酸誘導(dǎo)的PD-L1表達(dá)，該實(shí)驗(yàn)首先以生理性乳酸濃度刺激人肺腺癌A549和H1299細(xì)胞，通過實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測PD-L1mRNA表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PD-L1的mRNA水平與蛋白質(zhì)水平平行增加[16]。為探討GPR81是否介導(dǎo)乳酸誘導(dǎo)的PD-L1表達(dá)，該研究通過干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）抑制肺腺癌細(xì)胞中GPR81的表達(dá)，在乳酸刺激下，對照組細(xì)胞（即GPR81表達(dá)正常的肺腺癌細(xì)胞）中PD-L1的表達(dá)水平增加，而在轉(zhuǎn)染GPR81siRNA的細(xì)胞中，PD-L1的表達(dá)水平明顯降低。該研究還將GPR81cDNA轉(zhuǎn)染到GPR81缺失的肺腺癌細(xì)胞中，結(jié)果顯示，GPR81蛋白的異位表達(dá)可挽救GPR81缺失導(dǎo)致的PD-L1表達(dá)水平降低。上述研究表明，GPR81在肺腺癌細(xì)胞腫瘤微環(huán)境中可通過調(diào)節(jié)乳酸促進(jìn)PD-L1的表達(dá)。因此可以推測，GPR81可能成為NSCLC免疫治療的預(yù)后標(biāo)志物，未來可能會考慮將GPR81作為與免疫檢查點(diǎn)阻斷療法組合的新治療靶標(biāo)，但這需要大量的研究加以驗(yàn)證。

2.2 乳腺癌

乳腺癌是最常見的惡性腫瘤之一，也是全世界女性死亡的主要原因[17]。近期有許多學(xué)者希望通過研究乳腺癌進(jìn)展的分子機(jī)制指導(dǎo)乳腺癌患者的個(gè)體化治療。St?ubert等[18]研究表明，GPR81 能夠使人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）陽性乳腺癌細(xì)胞系HCC1954和三陰性乳腺癌HCC38細(xì)胞的存活率增加，表明GPR81可能是乳腺癌的預(yù)后標(biāo)志物。Lee等[19]將60例乳腺癌組織和20例正常乳腺組織作為研究對象，通過定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測GPR81mRNA表達(dá)水平，結(jié)果顯示，與正常乳腺組織比較，乳腺癌組織中GPR81mRNA的表達(dá)水平明顯增加（P＜0.01）。此外，該研究還設(shè)計(jì)了原位異種移植小鼠模型，將兩組MCF7細(xì)胞（使用攜帶短發(fā)夾RNA的慢病毒生成穩(wěn)定敲除GPR81的細(xì)胞系MCF7-shGPR81和未敲除GPR81的細(xì)胞系MCF7-shCTL）原位注射到無胸腺裸鼠的乳腺脂肪墊中，并監(jiān)測腫瘤生長。結(jié)果顯示，與MCF7-shCTL組小鼠相比，MCF7-shGPR81組小鼠中原發(fā)性腫瘤的生長速率更慢且腫瘤更小，MCF7-shGPR81組小鼠的腫瘤增殖率（即Ki-67）明顯降低，且凋亡細(xì)胞的比例增加，MCF7-shGPR81組小鼠的微血管密度明顯降低。此外，在MCF7-shGPR81組小鼠的腫瘤中重組人雙調(diào)蛋白（amphiregulin，AREG）表達(dá)水平明顯降低，并且在MCF7-shGPR81組小鼠的血清中AREG表達(dá)水平也降低。另有研究表明，AREG可作為表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）的配體來刺激細(xì)胞增殖和乳腺發(fā)育[20]。這一系列研究表明，GPR81可結(jié)合人乳腺癌細(xì)胞外乳酸，激活GPR81信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使血管生成因子增加，促進(jìn)腫瘤血管生成，說明GPR81具有作為乳腺癌抗血管生成治療靶點(diǎn)的潛力。

2.3 宮頸癌

宮頸癌是影響全世界女性健康的常見惡性腫瘤之一，其主要治療方法包括手術(shù)、放療及藥物治療，然而經(jīng)綜合治療后仍有30%～40%的患者出現(xiàn)治療失敗[21]。因此臨床上迫切需要對宮頸癌的治療進(jìn)行進(jìn)一步探索。研究表明，與正常宮頸組織比較，GPR81在宮頸鱗狀細(xì)胞癌組織中的表達(dá)明顯上調(diào)（P＜0.01），且GPR81的表達(dá)情況與宮頸鱗狀細(xì)胞癌的臨床分期有關(guān)，Ⅰ～Ⅱ期宮頸鱗狀細(xì)胞癌組織中GPR81的陽性表達(dá)率低于Ⅲ～Ⅳ期宮頸鱗狀細(xì)胞癌組織（P＜0.01）[22]。表明GPR81可能參與了宮頸鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生及發(fā)展。

在宮頸癌的藥物治療中，多柔比星可單獨(dú)或與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合應(yīng)用，具有較好的療效。GPR81是參與腫瘤進(jìn)展、侵襲和轉(zhuǎn)移的GPCR家族成員。Li等[23]研究發(fā)現(xiàn)，GPR81受體與激動(dòng)劑結(jié)合后可激活抑制性G蛋白（inhibitory G protein，Gi），隨后主要通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）信號通路誘導(dǎo)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）1/2激活，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的分裂、增殖。另有報(bào)道顯示，PKC信號通路可通過上調(diào)惡性腫瘤中的ATP結(jié)合盒（ATP-binding cassette，ABC）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來調(diào)節(jié)耐藥性[24]。ABC蛋白家族中最廣泛的特征性轉(zhuǎn)運(yùn)體是ATP結(jié)合盒亞家族B成員1（ATP binding cassette subfamily B member 1，ABCB1）[25]。已有研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制宮頸癌HeLa細(xì)胞中GPR81的表達(dá)可使ABCB1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)活性降低，從而導(dǎo)致多柔比星的細(xì)胞毒性增強(qiáng)，提高化療療效[26]。另有研究表明，在HeLa細(xì)胞中，乳酸刺激GPR81后可上調(diào)乳腺癌易感基因 1（breast cancer susceptibility gene 1，BRCA1）的表達(dá)，促進(jìn)表觀遺傳染色質(zhì)重排，使細(xì)胞的核染色質(zhì)密度降低，提高腫瘤細(xì)胞的DNA修復(fù)率，增加腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性[27]。以上研究說明，GPR81在宮頸鱗狀細(xì)胞癌中高表達(dá)，其有利于調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的DNA修復(fù)機(jī)制，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性，可為宮頸癌的治療帶來新的希望。

2.4 胰腺癌

胰腺癌是第四大常見的致死性腫瘤，其惡性程度高，早期診斷困難，85%的患者確診時(shí)已處于晚期，手術(shù)難度大，放化療效果不佳，預(yù)后極差[28]。胰腺癌患者的腫瘤微環(huán)境中乳酸含量特別高且氧含量低[29]。Roland等[30]研究分析了158例胰腺癌患者胰腺癌細(xì)胞中GPR81的表達(dá)情況，結(jié)果顯示，148例（94%）患者中GPR81高表達(dá)。另外該研究還采用短發(fā)夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）穩(wěn)定沉默GPR81基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GPR81基因沉默對高葡萄糖中培養(yǎng)的胰腺癌細(xì)胞幾乎沒有影響，但可導(dǎo)致補(bǔ)充乳酸的低葡萄糖培養(yǎng)的胰腺癌細(xì)胞快速死亡，表明當(dāng)乳酸鹽是主要的可用能量來源時(shí)，GPR81是胰腺癌細(xì)胞存活所必需的。該研究還顯示，向培養(yǎng)基中添加乳酸可以誘導(dǎo)參與乳酸代謝的基因的表達(dá)，但在GPR81沉默表達(dá)的細(xì)胞中未觀察到此現(xiàn)象。GPR81表達(dá)水平與胰腺癌的生長和轉(zhuǎn)移速率有關(guān)，GPR81沉默表達(dá)的細(xì)胞具有更低的生長和轉(zhuǎn)移速率。以上均說明在胰腺癌中，GPR81的表達(dá)可增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞對乳酸的敏感性，從而影響腫瘤細(xì)胞中乳酸的代謝，影響腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

2.5 結(jié)腸癌

結(jié)腸癌是消化道中常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率居全部惡性腫瘤的第3位，也是惡性腫瘤致死的第四大常見原因[31-32]。近年來隨著生活質(zhì)量的提升，肉類食物和高能量飲食的攝入增加，中國結(jié)腸癌的發(fā)病率明顯增加[33]。盡管結(jié)腸癌的篩查方法不斷發(fā)展，但在發(fā)病早期得以診斷的患者仍占少數(shù)，多數(shù)患者未獲得早期診治而導(dǎo)致預(yù)后不良。結(jié)腸癌的發(fā)病是一個(gè)復(fù)雜的過程，在不當(dāng)?shù)纳瞽h(huán)境、遺傳等各種致癌因素的共同作用下，可引起腸道菌群改變，誘發(fā)腸道炎性微環(huán)境，長期的炎性環(huán)境導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展[34]。模式識別受體（pattern-recognition receptor，PRR）機(jī)制是腸道的免疫機(jī)制之一，Toll樣受體（Toll like receptor，TLR）是PRR體系中的一種重要受體[35]。腸道中的一些菌群可以產(chǎn)生內(nèi)毒素脂多糖，其與TLR結(jié)合后，激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路，從而活化促炎性細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6]，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的存活和增殖，引起結(jié)腸癌，尤其在大腸炎相關(guān)惡性腫瘤中表現(xiàn)明顯。有研究顯示，在結(jié)腸的樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，由乳酸受體GPR81發(fā)出的信號在抑制結(jié)腸炎癥反應(yīng)和恢復(fù)結(jié)腸內(nèi)環(huán)境平衡中具有重要作用[36]。腸道抗原提呈細(xì)胞（antigen presenting cell，APC）中GPR81介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能通過抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）的功能來調(diào)節(jié)腸道中的炎性反應(yīng)，缺乏GPR81的腸道APC增加了促炎性細(xì)胞因子[IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）]的產(chǎn)生，降低了免疫調(diào)節(jié)因子的表達(dá)。通過研究GPR81與腸道組織發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)GPR81的表達(dá)可影響結(jié)腸炎癥狀態(tài)，從而影響炎癥相關(guān)的結(jié)腸癌的發(fā)展，GPR81有望成為預(yù)防及治療結(jié)腸癌的潛在靶點(diǎn)。

3 小結(jié)

綜上所述，GPR81在多種腫瘤中大多作為促癌受體，可通過調(diào)節(jié)乳酸代謝影響腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、免疫逃逸等，GPR81作為抑癌受體卻不多見。GPR81在多種腫瘤中發(fā)揮的作用錯(cuò)綜復(fù)雜，不盡相同，為腫瘤的治療提供了新的思路，具有重大的臨床價(jià)值。但至今，GPR81在臨床上的應(yīng)用卻寥寥可數(shù)。GPR81在臨床試驗(yàn)中被證實(shí)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、治療、預(yù)后密切相關(guān)，但仍面臨著很多的問題，如具體的作用機(jī)制尚未完全明確，如何使GPR81作為無創(chuàng)的生物學(xué)標(biāo)志物，是否有更經(jīng)濟(jì)簡便、快捷易行的檢測方法，抗GPR81靶向治療的安全性和可行性問題，以及如何用于臨床還需大量臨床研究驗(yàn)證。盡管如此，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的成熟和研究的深入，相信未來GPR81將具有良好的應(yīng)用前景。