G蛋白偶聯受體在腸道疾病及模型中的研究進展

張懷月

[摘要]：G蛋白偶聯受體（G-protein-coupledreceptor，GPCR）是人基因組編碼數目最多和種類最廣的細胞膜表面受體蛋白家族，是信號轉導領域的一類相當重要的蛋白質分子，其功能廣泛，參與多種信號轉導以及疾病發生過程，被廣泛用于疾病機理研究和藥物研發。近年來，我國腸道疾病的患病率不斷上升，但其發病機制并不清楚。最近研究發現，GPCR通過影響腸上皮屏障完整性和參與多種信號轉導途徑進而調控多種腸道疾病如炎癥性腸病。本文系統綜述了GPCR分類和功能以及近年來在腸道疾病及實驗模型中的研究進展，并對GPCR在腸道疾病中的進一步研究進行了總結展望。

[關鍵詞]：G蛋白偶聯受體，炎癥性腸病，潰瘍性結腸炎，克羅恩病，結腸癌，腸缺血再灌注

[中圖分類號]R373.2 [文獻標識碼]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，這些受體能夠引發細胞內多種信號轉導過程，通過結合細胞外多種類型的信號分子產生作用。不同的配體與GPCR胞外結構域結合，導致受體產生構型上的變化，進一步通過細胞膜傳遞信號，由此引發胞內G蛋白等信號蛋白結合到受體的胞內結構域上，引發不同的信號途徑[1]。

在本文中我們系統的，總結了GPCR在腸道疾病，如炎癥性腸病、結腸癌和腸缺血再灌注損傷等發生發展中的重要作用，本文將為GPCR相關腸道疾病的治療提供新的思路和策略。

1.GPCR結構與分類

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螺旋跨膜結構域，GPCR家族是一種多用途的、可以調節多種細胞內級聯信號反應，以應答激素、神經遞質、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的G蛋白獨立途徑來調控細胞內信號轉導，該異三聚體G蛋白包括Ga、GB和Gy，GB和Gy組成GBy異二聚體，研究發現G蛋白的數量是有限，因此數量有限的G蛋白能與多種受體偶聯并發揮不同的作用，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亞基與核苷酸的結合狀態有關。國際基礎和臨床藥理學聯盟命名委員會（NC-IUPHAR）根據序列同源性考慮了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（環狀AMP受體樣）和F類（卷曲/平滑樣）[3]。

2.GPCR與炎癥性腸病

2.IGPCR與潰瘍性結腸炎

李霞等[4]發現Rheb在炎癥性腸病的發病過程中起作用。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信號通路可以調節細胞生長、增殖和存活，通過感知細胞外的營養狀況來發揮作用。DSS誘導的潰瘍性結腸炎小鼠腸上皮中的Rheb的蛋白水平明顯上調，且Rheb+/一小鼠的腸炎更加嚴重，主要表現在Rheb+/一小鼠腸上皮增殖減少，凋亡細胞增多，且腸上皮細胞出現大面積的潰瘍，其分子機制為mTOR信號通路來應答Rheb+/一小鼠對DSS誘導的腸炎。CheryldeValliere等人[13]發現低氧條件下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。在低pH條件下，TNF-a和低氧誘導的0GR1表達量提高，在酸性條件下0GR1活性具有正向調節作用，并支持0GR1在IBD發病中的作用。

2.2GPCR與克羅恩病

GuangxinChen等人[5]發現丁酸鈉可以作為GPR109A的激動劑，丁酸鈉刺激TNBS誘導的野生型小鼠與GPR109A敲除的小鼠相比，可以顯著改善炎癥反應和腸上皮屏障功能障礙，并且還發現丁酸鈉通過激活GPRI09A抑制AKT和NF一kBp65信號通路，改善TNBS誘導的炎癥反應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]發現低氧條件下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。在低pH條件下，TNF-a和低氧誘導的0GRI表達量提高，在酸性條件下OGR1活性具有正向調節作用，并支持0GR1在IBD發病中的作用。

3.GPCR與結腸癌

崔恒祥等人[7]發現黏附蛋白GPRI26在惡性結腸癌中的表達明顯高于其相鄰組織，且沉默GPRI26會抑制結腸癌細胞增殖，并且抑制其在體內生長，研究還表明GPRI26主要是通過mTOR通路來調節結腸癌細胞的生長，Westernblot結果顯示沉默GPR126會使細胞中的mTOR蛋白的表達下調。張隆等人[8]研究發現GPCRC5A（Gpre5a）在結直腸癌的發病中起著作用。Gprec5a也稱為維甲酸介導基因1和維甲酸介導的基因3，是作為維甲酸的調節基因，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、胃癌和結腸癌中有癌基因的作用。研究發現Gprc5a在人結直腸癌癌組織的表達高于癌旁組織，且結直腸癌惡性程度越高，表達越高，并且在細胞水平上發現Gpre5a能調節結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現Gprc5a的敲除可以抑制小鼠腸炎模型腫瘤的發生，并且促進了腫瘤凋亡，其調節的分子機制為Gprc5a通過調節NF一KB信號通路使Vavin-1的表達和產物胱胺的含量降低調節腫瘤微環境中氧化應激的壓力，進而調控結直腸癌的發生和發展

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生的缺血缺氧，甚至產生的缺血壞死的綜合征，在缺血狀態下，機體會啟動修復機制，此時會引發血流的灌注，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。柴世權等人[9]發現GPER不僅對于潰瘍性結腸炎起著保護作用，而且在腸缺血再灌注損傷也發揮著保護作用，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，同時研究還發現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能力的下調，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.總結與展望

腸道疾病的發病原因是復雜的，并且對其發病機制的認知依舊是不清楚的，但腸道疾病與GPCR之間的關系確實是很密切的，GPCR對于腸道疾病發生發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、炎性因子的產生和細胞自噬有關，這些生理過程與GPCR又是息息相關的，所以GPCR是針對治療腸道疾病的重要藥物靶點。但目前關于GPCR為藥物靶點的藥物研發還處于最初期的階段，以后需要基礎研究人員、藥物研發人員以及醫院方面進行更為深人的合作，以求未來不久研發出基于GPCR的腸道疾病的治療、診斷和監測藥物。

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：華東師范大學生命科學學院，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在血管新生及結腸癌發生發展中的功能和機理研究[J]上海：華東師范大學生命科學學院，2011.10

[8]張隆.GPCRC5A在結直腸癌中的功能和機制研究[D]上海：華東師范大學生命科學學院.2014.10

[9]柴世權.G蛋白偶聯雌激素受體（GPER）在小腸缺血再灌注損傷中的保護作用及其機制[D].山東：山東大學基礎醫學院，2018.5.17