G蛋白偶聯(lián)受體激酶2與腫瘤的關(guān)系及其調(diào)節(jié)機制研究進展

張伍綜述 劉修恒審校

G蛋白偶聯(lián)受體 (G-protein-coupled receptor，GPCR)是與G蛋白連接的最大膜受體家族,能夠被激素和多肽等不同的配體所激活。 GPCRs與配體結(jié)合后能激活細胞內(nèi)的G蛋白,通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)不同的細胞生理病理反應(yīng)。人類基因組中含有多個GPCRs基因，占全部人類基因組3%左右。GPCRs已成為藥物研發(fā)中最重要的藥靶之一，大部分研究著重于其負調(diào)控因子——G蛋白偶聯(lián)受體激酶(GRKs)。GRKs是一種絲氨酸—蘇氨酸激酶，包括氨基端、羧基端和中心活化區(qū)。其中心活化區(qū)可活化激酶的別構(gòu)部位，而氨基端可識別底物，羧基端則負責錨定作用。G蛋白信號調(diào)節(jié)區(qū)具有GTP酶活性，能通過增加GTP的水解來調(diào)節(jié)相應(yīng)的信號傳導(dǎo)過程。

GRK2基因所編碼的G蛋白偶聯(lián)受體激酶家族的成員蛋白，可使β-腎上腺素能受體，非GPCR細胞表面受體及細胞骨架，線粒體和轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)在內(nèi)的多種其他底物發(fā)生磷酸化。以嚙齒動物為模型的相關(guān)實驗表明，該基因在胚胎發(fā)育、心臟功能和代謝中的調(diào)節(jié)作用。其相關(guān)調(diào)控途徑包括DAG信號通路、IP3信號傳導(dǎo)通路等。其功能在于特異性磷酸化β-腎上腺素能受體和相關(guān)受體的激動劑，可能引起脫敏從而改變細胞內(nèi)一系列的生理病理過程。

1 GRK2調(diào)節(jié)機制

1.1 GRK2調(diào)節(jié)細胞增殖與代謝 GPCR受到激動劑刺激后會發(fā)生磷酸化, 可通過GPCR-ARRESTIN-MAPK的級聯(lián)調(diào)節(jié)，或與EGFR或其他生長因子受體的交互作用，激活經(jīng)典的G蛋白依賴性MAPK刺激導(dǎo)致脫敏作用[1]。藥物帕羅西汀能夠阻斷S1P誘導(dǎo)的S1P1(sphingosine-1-phosphate-1)受體磷酸化，并能顯著降低PMA誘導(dǎo)的FTYp誘導(dǎo)的磷酸化，這與GRK2在該機制中的主要作用是一致的。其機制在于GRK2通過磷酸化且與 MAPK途徑下游的相關(guān)受體發(fā)生交互作用，在上皮細胞中，GRK2通過與GIT-1結(jié)合而增強了S1P1受體對MAPK的刺激作用從而促進了星形膠質(zhì)細胞中趨化因子受體對β-ARRESTIN-MAPK的激活。另外，GRK2增強了上皮細胞和成纖維細胞中整合素對MAPK信號傳導(dǎo)的反應(yīng)，并增強了HEK-293細胞中的表皮生長因子的表達[2]。但是，GRK2減弱了血小板源生長因子(PDGF)誘導(dǎo)平滑肌細胞的增殖，以及IGF1依賴性的人類肝細胞癌增殖[3]。推測GRK2使這些生長因子受體的磷酸化脫敏來實現(xiàn)。

在癌癥進展過程中，不同類型細胞中的代謝變化適應(yīng)了腫瘤微環(huán)境的變化。通過整合癌細胞系細胞內(nèi)的代謝譜與轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)，可觀察到協(xié)調(diào)葡萄糖和一碳代謝的腫瘤標志物，這表明癌癥中碳代謝的調(diào)控與正常細胞有重大區(qū)別[4]。腫瘤細胞內(nèi)由于氧氣和養(yǎng)分的量總是處于波動中，線粒體功能和氧化還原狀態(tài)也跟隨變化。自噬和蛋白水平的穩(wěn)定，增殖和分化網(wǎng)絡(luò)的信號等都會重新進行調(diào)節(jié)。GRK2不僅能控制代謝率和腎上腺素能受體，而且已成為胰島素抵抗與肥胖及線粒體功能的重要研究對象。此外，在發(fā)生胰島素抵抗的高脂飲食小鼠模型中，GRK2水平升高，體內(nèi)實驗觀察到激酶水平的降低可預(yù)防和逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗和肥胖表型的進展[5]。

1.2 GRK2調(diào)節(jié)上皮細胞的遷移運動 GRK2在不同細胞類型的遷移中起重要作用。當其轉(zhuǎn)膜效應(yīng)增加,EP4受體過度脫敏,環(huán)磷酸腺苷(cAMP)水平降低。GRK2作為G蛋白偶聯(lián)受體的負性調(diào)節(jié)劑,可特異性地活化GPCRs,使其磷酸化,從而介導(dǎo)受體脫敏。由于GRK2可觸發(fā)各種趨化因子受體的脫敏，因此可在炎性反應(yīng)過程中調(diào)節(jié)淋巴細胞和中性粒細胞中趨化因子活動的信號。此外，LPS可通過降低GRK2水平從而避免CCR2受體脫敏，以此來幫助CCL2誘導(dǎo)的巨噬細胞遷移[6]。GRK2還可通過不同的機制在上皮細胞遷移中起促進作用，例如 GRK2可磷酸化細胞骨架連接蛋白和根蛋白，增強其肌動蛋白的重塑、遷移和侵襲能力。 GRK2還可通過增加MAPK刺激的強度和持續(xù)時間來維持趨化信使和整聯(lián)蛋白中存在的極性持久性。最后，GRK2能夠通過激活HDAC6來控制微管動力。 HDAC6是一種胞質(zhì)內(nèi)的組蛋白脫乙?；?，在乳腺癌和其他類型的腫瘤中高表達，HDAC6通過調(diào)節(jié)皮質(zhì)激素或微管蛋白乙?；蛉ヒ阴；膭討B(tài)變化來控制細胞的生長、運動和侵襲[7]。在對EGF的反應(yīng)中，GRK2與HDAC6結(jié)合并使其磷酸化，從而增強了其α-微管蛋白脫乙?；富钚?，導(dǎo)致了遷移細胞邊緣處的微管蛋白脫乙?；?，其運動能力由此得以強化。G蛋白偶聯(lián)受體激酶相互作用蛋白1(GIT-1)是一種有多個結(jié)構(gòu)域的蛋白，能夠支撐起在黏著斑和細胞邊緣處參與細胞遷移的同類物質(zhì)， GRK2磷酸化HDAC6前需先借助于外部刺激在S670處使GRK2磷酸化[8]。因此，通過特定刺激來動態(tài)調(diào)節(jié)GRK2的磷酸化狀態(tài)和亞細胞定位，從而可以快速切換信息交流的配體，從而使GIT-1信號體和脫乙酰MTs在皮質(zhì)極性和膜突起中起協(xié)同作用。

1.3 GRK2調(diào)節(jié)腫瘤細胞內(nèi)的血管生成和炎性反應(yīng) 腫瘤微血管內(nèi)通常有高度血管生成和滲漏，由于缺乏血管周細胞，血管變大和擴張，導(dǎo)致血液供應(yīng)不足。隨之導(dǎo)致的缺氧又進一步促血管生成和促炎性因子分泌，使這一過程不斷強化。在這種微環(huán)境中，腫瘤相關(guān)脈管系統(tǒng)，腫瘤浸潤的免疫細胞和間質(zhì)轉(zhuǎn)化細胞之間相互作用推動了腫瘤進一步的發(fā)展[9]。GRK2作為重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Ser/Thr激酶)，可維持炎性免疫細胞和非常規(guī)炎性免疫細胞之間的平衡，是炎性免疫反應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白。炎性免疫細胞的浸潤、炎性細胞因子的分泌及內(nèi)皮功能有關(guān)的信號傳導(dǎo)都受其調(diào)控[10]。GRK2還是內(nèi)皮細胞活化和成熟的幾種途徑的信號節(jié)點，在GRK2下調(diào)后，內(nèi)皮細胞對相關(guān)血管生成刺激的反應(yīng)增強，從而改變了這些細胞形成管狀結(jié)構(gòu)的能力，進而打破了腫瘤細胞內(nèi)炎性反應(yīng)和血管生成因子的平衡。京尼平苷等藥物可通過增加抗炎細胞因子IL-4和TGF-β1來降低促炎細胞因子IL-2的生成，從而增強Th1細胞耐受性，增強Th2活性并具有Th3驅(qū)動作用。在該過程中淋巴細胞內(nèi)的cAMP水平和GRK2表達上升，共同發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[11]。此外，GRK2水平降低將會影響TGF-β信號，從而通過及時地反向調(diào)節(jié)ALK1和ALK5的受體來控制血管生成的激活階段和分解階段，這一過程同時也促進了巨噬細胞通過改變內(nèi)皮細胞的化學趨化分泌及促進血管滲漏發(fā)生，導(dǎo)致腫瘤進展，從而升高低氧誘導(dǎo)的髓樣細胞趨化因子梯度[12]。

2 GRK2與常見腫瘤

2.1 GRK2與肝細胞癌 肝癌是最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，從世界范圍來看，我國擁有最多的患病人數(shù)和最高的致死率，其進展快、惡性程度高、預(yù)后差的特性使其研究具有重大意義[13]。肝癌具有極高的侵襲性，微血管侵犯(MVI)被認為是肝癌早期復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移的獨立危險因素,并且也是肝移植受者選擇的一個重要指標,其與肝癌的診斷、發(fā)生、術(shù)前預(yù)測及預(yù)后密切相關(guān)[14]。實驗表明腫瘤壞死因子α(TNF-α)和血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)與肝細胞癌的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移具有重要聯(lián)系，研究表明該過程是通過抑制肝細胞內(nèi)GRK2和相關(guān)受體的功能表達來實現(xiàn)的。腫瘤壞死因子受體1(TNFR1)及Ang Ⅱ的受體AT1R和AT2R廣泛分布在肝細胞表面，GRK2在其中如何調(diào)節(jié)其與腫瘤的一系列病理活動，具有十分重要的研究意義。

Ang Ⅱ可以通過AT1R促進各種組織的血管收縮、炎性反應(yīng)、纖維化和細胞增殖，而通過AT2R的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)則具有相反的生物學效應(yīng)[15]。 TNF-α的生物學作用主要是通過2種具有不同結(jié)構(gòu)的受體進行：TNFR1和TNFR2。Ang Ⅱ是腎素—血管緊張素—醛固酮系統(tǒng)中的關(guān)鍵激素，該系統(tǒng)在腫瘤血管的形成和生長中起重要作用[16]。TNFR1是NF-κB介導(dǎo)的促炎細胞存活反應(yīng)和程序性細胞死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。 TNFR1調(diào)控的NF-κB信號失調(diào)是癌癥、炎性反應(yīng)和自身免疫性疾病的基礎(chǔ)[11]。TNFR1幾乎在所有組織細胞的表面表達，其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有引起炎性反應(yīng)和促進細胞凋亡的雙重生物學效應(yīng)。而TNFR2主要在免疫系統(tǒng)的細胞中表達，部分情況下具有促進炎性反應(yīng)發(fā)展的作用，但絕大部分情況下表現(xiàn)為很強的抗炎活性，可以很好地保護細胞[17]。在來自肝癌患者和肝癌小鼠的不同肝臟樣品中，對比腫瘤和臨近正常組織發(fā)現(xiàn)，AT1R、AT2R和TNFR1表達水平明顯不同，數(shù)據(jù)表明AT1R和TNFR1的過表達將促進HCC細胞的生長、遷移和侵襲，而高水平的AT2R引起相反的作用[18]。GRK2極有可能參與TNF-α和Ang Ⅱ的受體調(diào)控。

已知GRK2是重要的信號分子，可以影響HCC細胞的多種生物學活性。例如，GRK2通過抑制胰島素樣生長因子1受體的表達水平和早期生長反應(yīng)來抑制HCC細胞的增殖和遷移能力。另有實驗結(jié)果也表明，HCC患者和HCC小鼠肝臟組織中的GRK2水平顯著降低，并且Bel-7402細胞中GRK2表達的下調(diào)促進了HCC細胞的生長相關(guān)特性。這些發(fā)現(xiàn)表明，GRK2抑制了HCC的發(fā)生和發(fā)展。在HCC細胞中，Ang Ⅱ、TNF-α和GRK2的水平與細胞的生長、遷移和侵襲有關(guān)，從而影響HCC患者的預(yù)后[19]。為了進一步明確細胞因子對肝癌發(fā)生和發(fā)展的作用機制，研究肝癌細胞內(nèi)Ang Ⅱ、TNF-α和GRK2之間的關(guān)系非常重要。

2.2 GRK2與頭頸部鱗狀細胞癌 頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)源自口腔、咽和喉內(nèi)黏膜上皮的惡性轉(zhuǎn)化，是全球第六大最常見的癌癥類型[20]，患者確診后存活率往往很低。在患者中觀察發(fā)現(xiàn)，1/2以上的HNSCC患者經(jīng)歷了復(fù)發(fā)，并且大多數(shù)死于區(qū)域和遠處的轉(zhuǎn)移性疾病，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是其重要的不良預(yù)后因素。局部晚期頭頸部鱗狀細胞癌需要采用多學科治療的方法,包括手術(shù)+放療、伴或不伴化療及同步放化療。誘導(dǎo)化療目前仍存在爭議。靶向藥物西妥昔單抗已在頭頸部鱗狀細胞癌的治療中取得滿意的效果。針對程序性死亡蛋白-1及其配體的抑制劑也顯示出顯著的功效,然而,只有少數(shù)患者可以從單藥治療中受益。為提高免疫療效,聯(lián)合免疫治療成為可選策略[21]。盡管目前已有手術(shù)加放化療結(jié)合的治療方式，但患者的遠期存活率仍未明顯改善[22]。因此，更好地了解HNSCC發(fā)生和惡性侵襲信號通路中的分子變化，以用于開發(fā)新的治療策略，是改善患者存活率和生存質(zhì)量的重要研究任務(wù)。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是HNSCC病程中的關(guān)鍵過程。在腫瘤細胞侵襲和癌癥進展中。 EMT由復(fù)雜的信號通路網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子的誘導(dǎo)，miRNA表達的變化，以及表觀遺傳和翻譯后修飾的過程。隨著鱗狀細胞癌(SCC)和未分化梭形細胞癌的進展，已觀察到EMT狀態(tài)與腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)之間的相關(guān)性[23]。GRK2除了在GPCR脫敏中的典型作用外，由于其與細胞增殖相關(guān)的信號網(wǎng)絡(luò)之間的功能聯(lián)系，正在成為潛在相關(guān)的調(diào)控子。在高度分化或未分化的HNSCC腫瘤中，GRK2表達較低， GRK2水平是HNSCC細胞中EMT特征的相關(guān)決定因素，HNSCC的發(fā)展與參與各個階段的關(guān)鍵分子變化密切相關(guān)。在HNSCC細胞中觀察到內(nèi)源性GRK2的下調(diào)會觸發(fā)其發(fā)生間充質(zhì)樣改變，此特征往往提示其體內(nèi)侵襲行為增強[24]?？傮w而言，這些數(shù)據(jù)表明，HNSCC細胞中內(nèi)源性GRK2表達的下調(diào)有利于EMT進展，促進惡性腫瘤細胞的運動和侵襲性發(fā)展，使其變得更具攻擊性，轉(zhuǎn)移到正常的組織和細胞，使腫瘤的惡性程度進一步提升，大大降低預(yù)后效果。故對GRK2與HNSCC發(fā)生發(fā)展的一系列分子機制的研究具有十分重要的臨床意義。

2.3 GRK2與前列腺癌 前列腺癌是老年男性中最常見的惡性腫瘤之一。在一些發(fā)達國家中，前列腺癌在男性群體中發(fā)病率、病死率逐年上升，而對某些特定類型又缺乏有效治療手段，因而尋求新的分子機制以開發(fā)新的治療手段顯得十分必要[25]。前列腺癌通常始于前列腺中的雄激素依賴性病變，可通過雄激素剝奪療法成功治療。但是，隨著腫瘤發(fā)展為非雄激素依賴性狀態(tài)后，則缺乏有效的治療方法。 前列腺腫瘤從雄激素依賴型向非雄激素依賴型過渡的相關(guān)因素尚未完全明確，這也是改善疾病預(yù)后的主要障礙。 最近的證據(jù)表明，即使沒有添加雄激素，非雄激素依賴型前列腺癌細胞的生長也受到雄激素受體(AR)的調(diào)節(jié)，這表明AR可能被雄激素以外的其他因子激活[26]。

研究表明， GPCR極有可能參與了前列腺腫瘤的雄激素依賴型向非雄激素依賴型的轉(zhuǎn)變過程。對比惡性前列腺癌標本與臨近組織和良性組織，其GPCR表達水平明顯上升。此外，前列腺癌患者的前列腺中表達高水平的GPCR配體， GRK2ct肽的表達限制了血清誘導(dǎo)的PC3細胞增殖。表達GRK2ct的PC3細胞生長速率下降與G亞基調(diào)節(jié)ERK活化一致，后者可控制生長因子調(diào)節(jié)前列腺癌細胞的生長過程[27]。Gβγ亞基在前列腺癌細胞的生長和存活中起著至關(guān)重要的作用，通過靶向抑制Gβγ信號表達可使體內(nèi)腫瘤生長速率顯著降低。

此外，在前列腺癌患者的組織樣品中觀察GRK2 mRNA和GRK2蛋白的表達情況時，發(fā)現(xiàn)GRK2在平滑肌細胞中的表達高于腺細胞。這與前列腺樣品中平滑肌β2-腎上腺素受體的磷酸化可能是由GRK2介導(dǎo)的猜想相一致[28]。GRK2負責與cAMP/PKA無關(guān)的β腎上腺素受體磷酸化，因此被稱為“β-腎上腺素激酶”。 GRK2類為GRK的“β-腎上腺素受體激酶”亞家族，可在下尿路、逼尿肌平滑肌細胞中表達[29]。在受體激活后，GRK2從Gα亞基和相關(guān)受體上解離后，會被異三聚G蛋白的β/γ亞基激活，GRK2通過受體的磷酸化作用引發(fā)受體脫敏[11]。最新的研究結(jié)果表明，人參皂苷Rg3 可改善中晚期前列腺癌患者的療效及預(yù)后，由此可能涉及對患者血清TGF和VEGF的影響，而此通路是否受GRK2調(diào)控有待進一步的研究[30]。

以上研究結(jié)果說明前列腺平滑肌的α1和β2腎上腺素能受體之間存在相互作用。 α1-腎上腺素受體的活化引起β2-腎上腺素受體的磷酸化。這可能會增強α1腎上腺素的收縮，并可能由GRK2介導(dǎo)，后者在前列腺平滑肌中表達。因此，對惡性前列腺癌中表達水平上調(diào)的GPCR及其配體的研究，對前列腺癌的轉(zhuǎn)化機制和潛在治療具有重大意義。

3 小結(jié)與展望

GRK2是一種多功能蛋白，在多種腫瘤細胞中異常表達，可作為腫瘤標志物的潛在調(diào)節(jié)劑。GRK2在體內(nèi)的表達失衡，將會影響到惡性腫瘤的一系列病理過程，故可考慮檢測細胞或組織內(nèi)的GRK2水平來指導(dǎo)對腫瘤患者的檢測和診斷，對其研究將具有重要的臨床意義。目前的研究尚有許多未明之處，有待進一步的發(fā)掘，如在腫瘤細胞中，GRK2水平或活性的變化是否能夠調(diào)節(jié)代謝網(wǎng)絡(luò)或線粒體功能；趨化因子受體CXCR4和CXCR7等其他潛在的GRK2靶標在一系列腫瘤中高度表達，并在轉(zhuǎn)移中起作用，但尚未完全了解它們在癌癥進展中的作用；此外在腫瘤微環(huán)境中存在的其他趨化因子介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)，影響腫瘤細胞的遷移侵襲和血管生成，也是未來有意義的研究方向。