G 蛋白偶聯(lián)受體124 生理及藥理功能研究進展

徐怡倩，吳昊霖，方星悅，樊好飛，王 銳，劉啟兵，3

（1.海南醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學與生命科學學院藥理教研室，海南 海口 571199；2.寧夏醫(yī)科大學藥理學系，寧夏 銀川 750004；3.海南省熱帶腦科學研究與轉(zhuǎn)化重點實驗室，海南 ?？?571199）

G 蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs）是一類存在于細胞表面的膜蛋白超家族，可以感知細胞外不同的物理和化學信號。其中黏附性G 蛋白偶聯(lián)受體作為GPCRs 亞家族的一員在人體不同部位均有表達，尤其是在免疫系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)中，這表明它們可能參與多種生理過程。G 蛋白偶聯(lián)受體124（G protein-coupled receptors 124，GPR124）是黏附性G 蛋白偶聯(lián)受體家族的重要成員之一，與缺血性腦卒中、動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）、高血壓、多發(fā)性硬化癥和癌癥等疾病密切相關(guān)。因此，深入探究GPR124 生理藥理功能有望為這些疾病提供新的治療靶點。本文將總結(jié)目前已知GPR124 相關(guān)功能特點，介紹其在生理學和藥理學上的主要研究進展，并著重描述其與心腦血管疾病相互作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及關(guān)聯(lián)通路。

1 G 蛋白偶聯(lián)受體概況

GPCRs 是一個龐大的蛋白質(zhì)家族，它們傳遞多種物理化學信號，包括神經(jīng)遞質(zhì)、激素、生長因子和芳香劑等。GPCRs 超家族大約由800 個受體組成，基于氨基酸序列相似性和共同生理特征共分為5 個亞家族：最大的是視紫紅質(zhì)家族，在人類中約有284個成員，其次是具有33 個成員的黏附性家族，然后是Glutamate 家族、Secretin 家族和Frizzled 家族，分別有22、15 和11 個成員。在組織結(jié)構(gòu)上，GPCRs 是由7 種跨膜蛋白組成的大家族，其核心區(qū)域由7 個α-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域組成，這些結(jié)構(gòu)域?qū)⑹荏w分割為膜外N端、膜內(nèi)C端、3 個膜外環(huán)以及3 個膜內(nèi)環(huán)，因此也被稱為7 次跨膜（seven transmembrane class of receptors ，7TM）蛋白［1］。其中黏附性家族由于其獨特結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注，除了含有7TM α-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域之外，它們還具有大量保守的胞外N-末端結(jié)構(gòu)域和一個GPCRs 自身蛋白水解誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)域（GPS）［2］。GPCRs 是跨膜信號傳導(dǎo)的三大膜受體之一，幾乎分布于所有組織和器官中，參與大量生理過程，與許多疾病密切相關(guān)。目前，市場上的藥物中，超過36%以上都是以GPCRs 為靶點，是當前最熱門的藥物靶點［3］。因此，掌握GPCRs 的調(diào)控機制是研發(fā)相關(guān)新藥物的關(guān)鍵步驟，對關(guān)聯(lián)疾病的預(yù)防和治療也能起重大作用。

2 GPR124 的發(fā)現(xiàn)及生物學特性

GPR124 在人類結(jié)直腸惡性腫瘤新生血管的內(nèi)皮細胞中被發(fā)現(xiàn)，并且首次與血管生物學聯(lián)系在一起，故而也被稱作腫瘤內(nèi)皮標記物5［4］。GPR124 在人類染色體中定位于8p11.22，在大鼠中位于16q12.4 區(qū)域，兩者的氨基酸序列有84%的同源性。組織水平上，GPR124 在人和小鼠中表達位置不同。GPR124 在人心臟、胎盤和小腸中表達水平較低，在骨骼肌、前列腺、睪丸和結(jié)腸中表達水平較高，此外還在肝、腎、胰腺、脾等組織中表達。在大鼠中僅于腦、心臟、肺、骨骼肌、胰腺、腸等組織檢測到GPR124 的表達，而在人腦、胸腺和鼠腎上腺、腎皮質(zhì)、腎延髓、肝臟、脾臟、胃中并無表達［5］。細胞水平上，GPR124 在多種組織內(nèi)皮細胞中廣泛表達，包括腦、心臟、視網(wǎng)膜、腎臟、胰腺等，這表明GPR124 可能與血管生成、動脈硬化等生理過程有關(guān)［5］。

作為黏附性家族的一員，GPR124 具有該家族成員的典型結(jié)構(gòu)特征：共含有1 338 個氨基酸，其中胞外N-末端區(qū)域含有760 個氨基酸，由多個富含亮氨酸區(qū)域（亮氨酸富含重復(fù)序列，LRR）、免疫球蛋白（Ig）樣結(jié)構(gòu)域、激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（HormR）和GPS組成［6］。GPR124 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域在C末端含有一個保守PDZ 結(jié)合基序［7］。最近研究表明，C末端的PDZ結(jié)合基序可與Elmo-Dock 家族和鳥嘌呤核苷酸交換因子連接，并且通過Rho GTPases 激活異三聚體G 蛋白依賴性途徑［8］。Gβγ 亞基可以直接結(jié)合和激活下游效應(yīng)物，啟動GPR124 的G 蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（圖1）［8］。

圖1 GPR124 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路模型Fig 1 GPR124 signal transduction pathway model

3 GPR124 關(guān)聯(lián)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子

首先，從蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫（https：//string-db.org/）獲取了GPR124 蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)。它不僅包括已知的相互作用蛋白，還包括與GPR124 尚未明確關(guān)聯(lián)的蛋白。在圖中，節(jié)點表示化合物或蛋白質(zhì)，邊代表編碼蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用。文獻報道GPR124 關(guān)聯(lián)信號分子主要有以下幾類（圖2）。

圖2 GPR124 蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)Fig 2 GPR124 protein interaction network diagram

3.1 Wnt/β-catenin

Wnt/β-catenin 信號由FZD 家族受體和輔助受體LRP5/6 通 過 質(zhì) 膜 傳 遞 信 號 介 導(dǎo)［9］。GPR124 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)皮細胞中特異性地 作 用 于Wnt7a/7b 血 管 生 成 信 號。Chang 等［10］研究表明，在正常小鼠出生當天或者2～3 月齡時敲除全身GPR124，并不會降低葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1 和血腦屏障標志物的表達，也不會影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的血管構(gòu)型和小鼠存活率。Anderson 等［11］為了研究GPR124 在胚胎期小鼠中的作用，使小鼠遺傳缺失GPR124（GPR124-/-），發(fā)現(xiàn)GPR124-/-小鼠能夠存活、外觀正常，且具有生育能力。Gpr124-/-小鼠之間交配產(chǎn)生后代，在胚胎期第15.5 天（E15.5）或出生當天檢查所有子代小鼠均發(fā)生腦血管、腭部和肺部發(fā)育異常，并且子代小鼠在圍產(chǎn)期全部死亡。以上研究數(shù)據(jù)表明雖然在小鼠出生后敲除GPR124 并不影響其生存，但是GPR124 在胚胎期是腦內(nèi)血管正常生成萌發(fā)和血管系統(tǒng)發(fā)育所必需的物質(zhì)。

在E12.5 天的小鼠胚胎中，經(jīng)典Wnt 信號與內(nèi)皮細胞定位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。Wnt7a 和Wnt7b 是典型Wnt 配體，表達于前腦和神經(jīng)管，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成的起始部位。在小鼠胚胎中，敲除神經(jīng)上皮Wnt7a/7b 或內(nèi)皮GPR124，都會導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生長停滯，產(chǎn)生沒有血腦屏障特征的異常血管結(jié)構(gòu)，即腎小球簇［12］。雖然在成年小鼠內(nèi)皮細胞中敲除GPR124 不影響內(nèi)穩(wěn)態(tài)血腦屏障的完整性，但在病理條件下（如缺血性腦卒中、膠質(zhì)母細胞瘤等），敲除GPR124 將導(dǎo)致許多神經(jīng)血管Wnt 靶基因，如Axin2、Apcdd1和Cldn5的表達減少，同時伴隨有腦血管中經(jīng)典Wnt/β-catenin 信號表達減少［13，14］。因此，在疾病狀態(tài)下，缺乏GPR124 會導(dǎo)致Wnt7a/7b 特異性信號傳遞中斷，從而導(dǎo)致腦水腫、出血以及血腦屏障滲漏。由此說明，GPR124 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成和血腦屏障中的作用與Wnt7a/7b 介導(dǎo)內(nèi)皮細胞中的經(jīng)典信號通路相偶聯(lián)。

在E10.5 普通小鼠胚胎中，Reck基因在血管和神經(jīng)前體細胞中大量表達，而Reck基因缺陷小鼠在大約E10.5 時死亡，伴隨著組織完整性受損、腹腔出血和神經(jīng)細胞提前分化［15］。在E11 使用他莫昔芬沉默Reck基因，將導(dǎo)致E15.5 的小鼠胚胎出現(xiàn)腦出血和血管缺陷，甚至造成胚胎死亡。因此，Reck基因?qū)τ谛∈笈咛グl(fā)育是必不可少的［16］。Vanhollebeke等［17］研究結(jié)果表明，Reck 與GPR124 在響應(yīng)Wnt7a/7b 共激活Wnt/β-catenin 信號方面具有協(xié)同作用，并且通過與LRP5/6 共轉(zhuǎn)染Fz4 可以進一步增強Wnt/LRP5/LRP6 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。通過比較發(fā)現(xiàn)，GPR124協(xié)同Reck 與Wnt7a/7b 的共激活程度最高，而對于其它Wnts 幾乎沒有反應(yīng)。當GPR124 協(xié)同Reck 與Wnt 在 體 外 共 存 時，Wnt7a/7b 觸 發(fā) 經(jīng) 典Wnt 通 路 的信 號 顯 著 增 強［17］。基 于 這 些 發(fā) 現(xiàn)，說 明Reck 與GPR124 是激活Wnt7a/7b 的特異性因子，同時根據(jù)GPR124 協(xié)同Reck 促進Wnt 信號通路提出了相應(yīng)模型（圖3）［7，9］。

圖3 GPR124 與中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成和血腦屏障的相關(guān)性Fig 3 Correlation of GPR124 with central nervous system angiogenesis and blood-brain barrier

3.2 TGF-β

轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）信號通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成中的作用已有研究，該信號通路是由TGF-βR2 與TGFβR1 或內(nèi)皮特異性受體Alk1 組成的異構(gòu)體受體介導(dǎo)［18］。TGF-β1 是一種多功能的細胞因子，在神經(jīng)元的產(chǎn)生、存活、遷移，神經(jīng)膠質(zhì)細胞分化和突觸形成中起著重要作用。Anderson 等［11］研究表明TGFβ 在體外誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞GPR124 表達上調(diào)；在小鼠體內(nèi)敲除GPR124，TGF-β 信號成員以及靶基因表達發(fā)生改變，證明GPR124 可能參與TGF-β信號通路［19］。在血管系統(tǒng)中缺乏GPR124 表達，胚胎表現(xiàn)出神經(jīng)管血管侵入延遲、發(fā)育缺陷和出血。TGF-β 通路中基因缺失，將導(dǎo)致小鼠胚胎前腦和脊髓特異的異常血管形成，這與GPR124 和Wnt7a/7b缺失突變體中看到的血管表型相似。TGF-β3、整合 素αv/β8 缺 失 后 會 出 現(xiàn) 腭 裂，并 且TGF-β3 或Wnt7a/7b 缺失后會出現(xiàn)肺發(fā)育不良，而在GPR124缺失突變體也可表現(xiàn)為腭裂和肺部發(fā)育不良，以上結(jié)果進一步支持GPR124 可能與TGF-β 信號通路相互作用的假設(shè)［10］。在GPR124 缺失小鼠中，通過免疫組織化學觀察到腎小球簇中血管基底層膠原蛋白的異常分布和沉積，平滑肌細胞異常聚集［19］。刺激TGF-β 可特異性引起基底膜形成以及平滑肌細胞募集或分化，進一步證明在血管中GPR124 缺失將會導(dǎo)致TGF-β 信號升高。綜上所述，GPR124與TGF-β 信號通路之間的關(guān)系可建立一個潛在的模型（圖4）。

圖4 中樞神經(jīng)系統(tǒng)中GPR124 與TGF-β 信號通路相互作用模型Fig 4 Interaction model between GPR124 and TGF-β signaling pathway in the central nervous system

3.3 VEGF

腫瘤血管生成是原發(fā)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。腫瘤細胞中的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）通 過 激 活VEGF 受 體（vascular endothelial growth factor receptor ，VEGFR）介導(dǎo)的內(nèi)皮細胞血管生成信號，誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞增殖、遷移和侵襲，從而形成新的血管，是腫瘤血管生成的主要驅(qū)動力［20］。在腫瘤血管生成中，VEGF主要通過VEGFR2 發(fā)出信號，激活SRC、FAK、AKT、ERK 和JNK 等下游因子，從而調(diào)控內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和侵襲［20］。Cullen 等［4］發(fā)現(xiàn)腫瘤血管中GPR124基因上調(diào)有助于限制VEGF 和其他腫瘤衍生的通透性因子引起的血管滲漏。Wang 等［20］研究GPR124 在腫瘤血管生成中的作用，發(fā)現(xiàn)沉默GPR124 可 減 少VEGF 誘 導(dǎo) 的VEGFR2、FAK 和SRC 磷酸化，顯著降低VEGF 和VEGFR2 的表達，從而減少腫瘤血管生成，表明GPR124 可能調(diào)節(jié)腫瘤血管生成中的VEGF/VEGFR 信號。VEGF 及其輔助受體神經(jīng)纖毛蛋白1 在腦血管生成和血腦屏障分化中起重要作用。在胚胎發(fā)育過程中，對GPR124+/+小鼠和GPR124-/-小鼠腦中表達的VEGF 分析表明，VEGF164 是其主要表達形式，而VEGF120 和VEGF188 表達水平較低，但每種VEGF 變體均在GPR124-/-小鼠腦中過表達［4］。因此，敲除GPR124 可能會導(dǎo)致VEGF 上調(diào)，引起血管滲漏，影響血腦屏障形成。

4 GPR124 與相關(guān)疾病

4.1 腦血管疾病

敲除GPR124 引起胚胎死亡是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成停滯和出血，而血管過度表達導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管畸形增殖，這表明GPR124 與各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的血管病理有關(guān)。Vallon 等［21］證明GPR124 胞 外Horm 結(jié) 構(gòu) 域 包 含RGD（Arg-Gly-Asp）序列，可與細胞外基質(zhì)和細胞表面上的糖胺聚糖結(jié)合，并通過結(jié)合整合素αvβ3 調(diào)節(jié)細胞功能、刺激細胞遷移、誘導(dǎo)細胞黏附、促進血管生成。整合素αvβ3 是一種二聚體糖蛋白，在細胞黏附及血管生成過程中起重要作用，并且是RGD 序列的主要結(jié)合受 體。Xiao 等［22］截 選GPR124 包 含RGD 序 列 的 胞外結(jié)構(gòu)域（GCPF），并評估該結(jié)構(gòu)域是否能通過靶向整合素αvβ3 來改善血管性癡呆的認知功能。體外和離體血管實驗表明GCPF 具有促進血管生成的生物活性，能夠刺激細胞遷移和黏附，促進血管內(nèi)皮細胞生長。組織學分析顯示，在血管性癡呆大鼠模型中，皮下注射GCPF 可增加海馬CA1 區(qū)血管和神經(jīng)元的數(shù)量，誘導(dǎo)血管新生，改善空間學習記憶能力［22］。證明GPR124 可以靶向結(jié)合整合素αvβ 3，促進體內(nèi)外血管生成，改善血管性癡呆小鼠的認知功能。Chen 等［6］研究GPR124 在周細胞極化和遷移中的作用，證明GPR124 在周細胞中高表達，并通過介導(dǎo)細胞骨架重排參與絲狀偽足形成。在腦缺血損傷情況下，絲狀偽足的形成對于周細胞極化和遷移至關(guān)重要，GPR124 通過調(diào)節(jié)極化細胞骨架重排來影響細胞極化，從而促進周細胞極化和遷移［6］。綜上所述，表明GPR124 可作為缺血性卒中和血管性癡呆等中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管損傷性疾病的潛在靶點。

4.2 心血管疾病

AS 可引發(fā)冠心病、腦卒中和周圍血管病等心腦血管疾病，主要病理改變是動脈內(nèi)膜功能障礙、脂質(zhì)代謝異常和炎癥反應(yīng)［23］。Gong 等［24］采用內(nèi)皮特異性基因過表達和熒光免疫組織等化學方法研究GPR124 在成年小鼠AS 形成過程中的作用，顯示GPR124 通過激活亞硝化應(yīng)激和NLRP3 炎性小體加重AS 內(nèi)皮細胞損傷。IL-1β 是AS 斑塊內(nèi)最常見的促炎細胞因子，而NLRP3 可激活caspase-1 促進IL-1β 的釋放。因此，抑制NLRP3 炎性小體可阻斷NLRP3 的活化，進而降低IL-1β 的表達，使ox-LDL誘導(dǎo)形成的泡沫細胞數(shù)量明顯減少，從而預(yù)防或延緩AS 的發(fā)生。因此，GPR124 可通過抑制NLRP3活化影響AS 的發(fā)生發(fā)展，未來可作為預(yù)防和治療AS 的潛在藥物靶點。Kaur 等［25］發(fā)現(xiàn)GPR124 在骨骼肌平滑肌細胞去分化過程中表達上調(diào)，且對骨骼肌平滑肌細胞中炎性因子表達具有負性調(diào)控作用，表明GPR124 可能是調(diào)節(jié)血壓的潛在靶點。Calderón-Zamora 等［26］研 究 了GPR124 在 高 血 壓 發(fā)生發(fā)展中的作用，發(fā)現(xiàn)GPR124 在主動脈、心臟、腎臟和腦中均有表達，但在高血壓情況下，GPR124 在左心房和左心室中的表達上調(diào)，這表明過表達GPR124，可增加血管生成以減少高血壓引發(fā)的心肌損害。但由于目前缺乏已知的激動劑/拮抗劑，沒有關(guān)于其在調(diào)節(jié)血管張力或其他平滑肌細胞功能中作用的數(shù)據(jù)，因此GPR124 是否參與血壓調(diào)節(jié)仍有待進一步研究。

4.3 腫瘤

GPR124 在大腸癌、乳腺癌、胃癌和肺癌的腫瘤內(nèi)皮細胞中高度表達，而不存在于相應(yīng)的正常組織中。GPR124 是血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)體內(nèi)腫瘤血管生成所必需的，抑制GPR124 蛋白表達可有效地控制腫瘤生長［20］。在非小細胞肺癌臨床標本中miRNA-138-5p 的表達與GPR124 的表達呈顯著負相關(guān)。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼是治療表皮生長因子受體活化突變非小細胞肺癌的有效藥物［27］。Gao 等［27］證明，在吉非替尼敏感的PC9 細胞中，高水平表達的miRNA-138-5p 直接抑制GPR124 表達，使細胞對吉非替尼具有敏感性。相反，在對吉非替尼產(chǎn)生耐藥性后，miRNA-138-5p 的表達丟失，導(dǎo)致GPR124 高表達。此外，在體外敲除GPR124 克服了非小細胞肺癌對吉非替尼的耐藥性，因此，GPR124 可能成為其潛在的治療靶點。Wang 等［28］通過分子生物學實驗證明，β-欖香烯與紫杉醇聯(lián)合使用可刺激細胞凋亡，降低GPR124 的表達，有效抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，GPR124 不僅參與了血管生成、維持血腦屏障功能和內(nèi)皮炎癥反應(yīng)等基本病理生理過程，還可以作為治療心腦血管系統(tǒng)疾病及其并發(fā)癥的潛在藥物靶點。目前，已知關(guān)于GPR124 的實驗和研究均建立在動物模型之中，其在人體組織器官中具體作用機制并未闡明。包括GPR124 配體鑒定、活性檢測及其重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路機制在內(nèi)的諸多問題還亟待解決。因此，進一步研究GPR124 病理生理機制，探討其在心腦血管疾病中的作用及作為藥物靶點的可能性具有較好的應(yīng)用前景。