G蛋白偶聯(lián)受體在眼科疾病發(fā)生發(fā)展過程中的調(diào)控作用△

魏慧霞 郝一憲 吳姍姍 於亭 畢宏生 郭大東

G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors,GPCR)是一類具有7個(gè)跨膜螺旋的跨膜蛋白受體、包含800多種蛋白的膜蛋白超家族，是人類基因組中最大的細(xì)胞表面受體家族[1]。研究證實(shí)，GPCR通過與相應(yīng)配體結(jié)合來調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，并調(diào)控多種生物學(xué)過程，特別是在認(rèn)知功能[2]、心血管功能[3]和癌癥的發(fā)生與發(fā)展[4]過程中發(fā)揮重要作用，GPCR已成為許多重要藥物的治療靶標(biāo)。越來越多的研究也表明，GPCR與眼科疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文就GPCR在眼科疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用進(jìn)行綜述，為眼科疾病的病理機(jī)制研究及治療提供思路。

1 GPCR與白內(nèi)障

白內(nèi)障是目前世界上最主要的致盲性眼病，發(fā)生率約占致盲眼病的48%[5]，并隨年齡的增長而明顯增加。晶狀體上皮細(xì)胞是位于晶狀體囊膜前表面的單層上皮細(xì)胞，是晶狀體代謝最活躍的部位，它為晶狀體的生長和分化提供能量，同時(shí)負(fù)責(zé)晶狀體的損傷修復(fù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，晶狀體上皮細(xì)胞的凋亡與白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[6]。Dong等[7]研究證實(shí)，紫外線照射晶狀體上皮細(xì)胞，可導(dǎo)致晶狀體上皮細(xì)胞內(nèi)小RNA分子let-7b的表達(dá)水平明顯升高，且let-7b促進(jìn)紫外線照射條件下的晶狀體上皮細(xì)胞凋亡，而富含亮氨酸重復(fù)序列的G蛋白偶聯(lián)受體4(leucine-rich repeat containing G protein-coupled receptor 4, Lgr4)是let-7b的直接靶標(biāo)，let-7b可通過直接靶向調(diào)控Lgr4的表達(dá)誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞凋亡。此外，Zhu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，Lgr4基因靶向缺失會(huì)降低大鼠晶狀體上皮細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激的抵抗力，加快年齡相關(guān)性白內(nèi)障的發(fā)生。上述發(fā)現(xiàn)為人們探索GPCR在白內(nèi)障發(fā)病中的分子機(jī)制提供了新的思路。

2 GPCR與青光眼

青光眼是以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞變性為特征的一種疾病，與眼內(nèi)壓的增高有關(guān)。降低眼壓是目前治療青光眼的唯一有效方法[9]。

通過對(duì)原發(fā)性開角型青光眼(primary open-angle glaucoma,POAG)患者視盤(optic nerve head,ONH)差異基因分析發(fā)現(xiàn)，與疾病相關(guān)的基因鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白(G蛋白)α轉(zhuǎn)導(dǎo)活性多肽2[the guanine nucleotide-binding protein (G protein) alpha-transducing activity polypeptide 2,GNAT2]表達(dá)下調(diào)，并且通過短波敏感視蛋白1與視黃醇結(jié)合蛋白3 (retinol-binding protein 3,RBP3)形成連鎖。目前研究認(rèn)為，GNAT2和RBP3可能共同調(diào)節(jié)POAG患者ONH基因的表達(dá)[10]。該生物信息學(xué)分析可用于鑒定POAG患者的ONH標(biāo)記基因，并為開發(fā)該疾病新療法提供分子基礎(chǔ)。

褪黑激素受體是7次跨膜GPCR家族成員之一，其2個(gè)受體MT1和MT2存在于許多眼組織中[11]。這2種受體可介導(dǎo)視網(wǎng)膜和非色素性睫狀體上皮中晝夜節(jié)律和神經(jīng)內(nèi)分泌過程的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)眼內(nèi)壓[12]。Reyes-Resina 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺受體與MT1或MT2形成的異構(gòu)體，與人體高眼壓呈負(fù)相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素處理后的小梁網(wǎng)細(xì)胞內(nèi)GPR158的mRNA和蛋白表達(dá)增加，而過表達(dá)GPR158可導(dǎo)致小梁網(wǎng)細(xì)胞屏障功能增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致眼壓升高[14]。上述研究成果為青光眼患者治療提供了新的方向。

3 GPCR與年齡相關(guān)性黃斑變性

視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)由脈絡(luò)膜和神經(jīng)視網(wǎng)膜之間的終末分化細(xì)胞構(gòu)成，對(duì)視力維持起關(guān)鍵作用。RPE是機(jī)體進(jìn)行免疫攻擊時(shí)的保護(hù)屏障，對(duì)維持視網(wǎng)膜完整和功能正常具有重要作用[15]。年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)主要由RPE和視網(wǎng)膜退行性病變引起的，以患者出現(xiàn)不可逆性中心視力的下降或喪失為主要臨床表現(xiàn)[16]。Figueroa等[17]認(rèn)為，AMD白人易感關(guān)鍵因素可能與RPE色素沉著相關(guān)。GPR143是GPCR家族成員之一，主要表達(dá)于虹膜、RPE細(xì)胞及皮膚的黑色素細(xì)胞中，可發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用。研究表明，GPR143基因突變與眼白化病有關(guān)[18]，L-多巴是GPR143的配體[19]。Figueroa等[17]發(fā)現(xiàn)，通過補(bǔ)充L-多巴或多巴胺可增強(qiáng)GPR143信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，延緩AMD的發(fā)病。此外，系統(tǒng)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，GPCR修飾的化合物可增加年齡相關(guān)性的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，提高機(jī)體代謝功能，這為AMD藥物治療提供了可能[20]。

4 GPCR與視網(wǎng)膜疾病

4.1 GPCR與視網(wǎng)膜色素變性視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa,RP)是一組遺傳性視網(wǎng)膜變性疾病，其特征是進(jìn)行性感光細(xì)胞和RPE細(xì)胞功能障礙，導(dǎo)致患者的視力下降[21]。有研究認(rèn)為，RP是由于蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊導(dǎo)致的細(xì)胞代謝障礙和視錐視桿細(xì)胞功能逐漸喪失的遺傳性疾病[22]。Mattle等[23]發(fā)現(xiàn)，通過改善受體折疊和使用藥理伴侶蛋白可穩(wěn)定視紫紅質(zhì)上GPCR蛋白突變體，進(jìn)而延緩病情發(fā)展。

4.2 GPCR與Leber先天性黑曚Leber先天性黑曚(leber congenital amaurosis,LCA)是與Kir7.1基因突變有關(guān)的一種常染色體隱性遺傳病，其病理變化以視網(wǎng)膜變性為主要特征[24]。Kir7.1是Kcnj13編碼的2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域的鉀離子通道[25]。在RPE細(xì)胞中，Kir7.1位于光感受器神經(jīng)元附近的頂膜中，有助于離子內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[26]。Carrington等[27]研究發(fā)現(xiàn)，Kir7.1上L241P的突變會(huì)導(dǎo)致Kir7.1糖基化水平的顯著降低。在HEK293T細(xì)胞中，GPCR介導(dǎo)的Kir7.1低糖基化水平雖然不會(huì)減少Kir7.1的表達(dá)數(shù)量，但會(huì)降低通道活性。這些結(jié)果表明，Kir7.1通道的糖基化程度對(duì)通道功能至關(guān)重要，而大多數(shù)GPCR抑制了細(xì)胞內(nèi)糖基化活性。該發(fā)現(xiàn)為探討LCA發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。

4.3 GPCR與視紫紅質(zhì)代謝異常相關(guān)性眼病視紫紅質(zhì)是GPCR的原型成員，是有7次跨膜的GPCR，也是收集外部信息的主要成分，對(duì)視覺形成至關(guān)重要[28]。?；侨パ跄懰?tauroursodeoxycholic acid,TUDCA)是一種天然的親水性分子，由?；撬岷蚑UDCA組成。研究發(fā)現(xiàn)，TUDCA對(duì)RP[29]、LCA[30]大鼠視網(wǎng)膜形態(tài)和功能恢復(fù)有積極作用。Lobysheva等[31]研究發(fā)現(xiàn)，TUDCA可與視紫紅質(zhì)上的GPCRα亞基轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白C末端域特異性結(jié)合從而發(fā)揮作用，有助于視紫紅質(zhì)更廣泛的影響視網(wǎng)膜生理，這可能會(huì)成為RP疾病的潛在治療化合物。

Arrestins是由GPCR激活的獨(dú)立信號(hào)分子，在GPCR的同源脫敏中起關(guān)鍵作用，并可調(diào)節(jié)細(xì)胞中其他一些重要的信號(hào)通路[32]。Arrestins有4種亞型，其中Arrestin-1在視錐和視桿光感受器細(xì)胞中高水平表達(dá)[33]。Arrestin-1的突變可減少該蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性并使其功能缺失，并通過未折疊的蛋白質(zhì)應(yīng)激促使光感受器細(xì)胞死亡。視覺Arrestin-1功能缺失性突變可使視紫紅質(zhì)信號(hào)過表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致夜盲癥的發(fā)生。研究還發(fā)現(xiàn)，高水平的Arrestins可抑制視紫紅質(zhì)的過表達(dá)并抑制GPCR信號(hào)通路，降低眼病的發(fā)生率。因此，增加Arrestins的表達(dá)水平有可能成為治療由GPCR信號(hào)通路過表達(dá)引起的相關(guān)眼病的潛在方法[32]。

5 GPCR與眼部炎性疾病

5.1 GPCR與葡萄膜視網(wǎng)膜炎CD97是表皮生長因子7次跨膜受體家族成員之一,屬于B類GPCR。既往的研究表明,CD97可以參與腫瘤的分化、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移過程。Eichler等[34]研究發(fā)現(xiàn)，CD97可通過RPE的血-視網(wǎng)膜屏障控制白細(xì)胞浸潤。此外，CD97介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可與PDGF-BB和IFN-γ協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和存活，確保在炎癥條件下的細(xì)胞比例平衡。這些發(fā)現(xiàn)表明，RPE細(xì)胞上的CD97可調(diào)控葡萄膜視網(wǎng)膜炎癥中白細(xì)胞活化和運(yùn)輸，同時(shí)調(diào)節(jié)第二信使介導(dǎo)的基因表達(dá)、細(xì)胞生長和存活，在葡萄膜視網(wǎng)膜炎的病理生理過程中發(fā)揮作用。

5.2 GPCR與角膜炎細(xì)菌性角膜炎會(huì)損害角膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致角膜瘢痕形成和穿孔[35]。血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)是神經(jīng)遞質(zhì)的一種，存在于中樞神經(jīng)和腸神經(jīng)系統(tǒng)中。VIP由28個(gè)氨基酸組成，是由角膜副交感神經(jīng)產(chǎn)生的一種內(nèi)源性神經(jīng)肽[36]。甲?；氖荏w2(formyl peptide receptor 2,FPR2)是GPCR家族的跨膜蛋白，而RvD1是FPR2配體之一[37]。Carion 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，VIP可通過影響受感染角膜中的RvD1與FPR2回路，降低角膜細(xì)菌載量，下調(diào)促炎介質(zhì)的表達(dá)，減少巨噬細(xì)胞浸潤減少，從而防止角膜穿孔。

在HSV誘導(dǎo)的小鼠基質(zhì)性角膜炎的研究中發(fā)現(xiàn)，阿司匹林觸發(fā)的RvD1 可減少炎性細(xì)胞在炎癥角膜的浸潤，降低關(guān)鍵炎癥細(xì)胞因子、趨化因子和促炎性miRNA的水平，抑制角膜新生血管形成，從而緩解角膜炎的炎癥反應(yīng)[38]。上述研究表明，GPCR在角膜炎的治療中具有重要作用，或許可以成為治療角膜炎的作用靶點(diǎn)。

6 GPCR與眼部腫瘤

6.1 GPCR與葡萄膜黑色素瘤葡萄膜黑色素瘤(uveal melanoma,UM)起源于葡萄膜黑色素細(xì)胞，是成人中最常見的原發(fā)性眼內(nèi)惡性腫瘤?；蚪M研究表明GPCR信號(hào)內(nèi)的突變與約98%的UM早期事件相關(guān)[39]。

GNAQ和GNA11可分別編碼鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白(guanine nucleotide-binding proteins,G蛋白)的Gαq和Gα11，與G蛋白的β和γ亞基形成異源三聚體復(fù)合物，構(gòu)成膜結(jié)合GPCR和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)之間的重要的中間體[39]。在UM腫瘤檢測研究中發(fā)現(xiàn)，GNAQ和GNA11突變是互相排斥的，約44%的GNAQ和GNA11突變與UM發(fā)生有關(guān)[40]。它們的突變通常發(fā)生外顯子5密碼子209(exon 5 codon 209,Q209)上[41-42]。研究證實(shí)，約57%的GNA11 Q209突變見于UM轉(zhuǎn)移灶，約7%的突變見于良性藍(lán)色痣中；而約 83%的GNAQ Q209突變發(fā)生在良性藍(lán)色痣中。與GNAQ相比，GNA11的突變與UM轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)更密切[41-42]?；蛩降难芯砍晒麨樘剿鱑M發(fā)病機(jī)制提供了新的視角，也為治療UM提供了新的思路。

6.2 GPCR與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma,RB)占兒童發(fā)育期所得癌癥的3%，是該時(shí)期最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，RB患者癌細(xì)胞的FASN基因敲除后，癌細(xì)胞的浸潤性明顯降低，且GPCR信號(hào)通路上有21個(gè)基因表達(dá)失調(diào)[44]，提示GPCR信號(hào)通路可能在RB發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，GPCR在眼科疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。不同的眼病與GPCR上不同的基因、受體、通道有關(guān)。從不同維度深入探討GPCR在眼科疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，對(duì)闡釋眼科疾病的病理機(jī)制具有重要作用，也可為眼科疾病的早期診斷和治療提供新的分子標(biāo)志物和作用靶點(diǎn)。