G蛋白偶聯受體激酶2與腫瘤的關系及其調節機制研究進展

張伍綜述 劉修恒審校

G蛋白偶聯受體 (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與配體結合后能激活細胞內的G蛋白,通過不同的信號轉導通路調節不同的細胞生理病理反應。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已成為藥物研發中最重要的藥靶之一，大部分研究著重于其負調控因子——G蛋白偶聯受體激酶(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。其中心活化區可活化激酶的別構部位，而氨基端可識別底物，羧基端則負責錨定作用。G蛋白信號調節區具有GTP酶活性，能通過增加GTP的水解來調節相應的信號傳導過程。

GRK2基因所編碼的G蛋白偶聯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，線粒體和轉錄因子蛋白質在內的多種其他底物發生磷酸化。以嚙齒動物為模型的相關實驗表明，該基因在胚胎發育、心臟功能和代謝中的調節作用。其相關調控途徑包括DAG信號通路、IP3信號傳導通路等。其功能在于特異性磷酸化β-腎上腺素能受體和相關受體的激動劑，可能引起脫敏從而改變細胞內一系列的生理病理過程。

1 GRK2調節機制

1.1 GRK2調節細胞增殖與代謝 GPCR受到激動劑刺激后會發生磷酸化, 可通過GPCR-ARRESTIN-MAPK的級聯調節，或與EGFR或其他生長因子受體的交互作用，激活經典的G蛋白依賴性MAPK刺激導致脫敏作用[1]。藥物帕羅西汀能夠阻斷S1P誘導的S1P1(sphingosine-1-phosphate-1)受體磷酸化，并能顯著降低PMA誘導的FTYp誘導的磷酸化，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途徑下游的相關受體發生交互作用，在上皮細胞中，GRK2通過與GIT-1結合而增強了S1P1受體對MAPK的刺激作用從而促進了星形膠質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信號傳導的反應，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。

在癌癥進展過程中，不同類型細胞中的代謝變化適應了腫瘤微環境的變化。通過整合癌細胞系細胞內的代謝譜與轉錄組和蛋白質組學數據，可觀察到協調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控與正常細胞有重大區別[4]。腫瘤細胞內由于氧氣和養分的量總是處于波動中，線粒體功能和氧化還原狀態也跟隨變化。自噬和蛋白水平的穩定，增殖和分化網絡的信號等都會重新進行調節。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，在發生胰島素抵抗的高脂飲食小鼠模型中，GRK2水平升高，體內實驗觀察到激酶水平的降低可預防和逆轉胰島素抵抗和肥胖表型的進展[5]。

1.2 GRK2調節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。當其轉膜效應增加,EP4受體過度脫敏,環磷酸腺苷(cAMP)水平降低。GRK2作為G蛋白偶聯受體的負性調節劑,可特異性地活化GPCRs,使其磷酸化,從而介導受體脫敏。由于GRK2可觸發各種趨化因子受體的脫敏，因此可在炎性反應過程中調節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刺激的強度和持續時間來維持趨化信使和整聯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是一種胞質內的組蛋白脫乙?；?，在乳腺癌和其他類型的腫瘤中高表達，HDAC6通過調節皮質激素或微管蛋白乙酰化或去乙?；膭討B變化來控制細胞的生長、運動和侵襲[7]。在對EGF的反應中，GRK2與HDAC6結合并使其磷酸化，從而增強了其α-微管蛋白脫乙酰基酶活性，導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蛋白偶聯受體激酶相互作用蛋白1(GIT-1)是一種有多個結構域的蛋白，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， 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調節GRK2的磷酸化狀態和亞細胞定位，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在皮質極性和膜突起中起協同作用。

1.3 GRK2調節腫瘤細胞內的血管生成和炎性反應 腫瘤微血管內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，導致血液供應不足。隨之導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。在這種微環境中，腫瘤相關脈管系統，腫瘤浸潤的免疫細胞和間質轉化細胞之間相互作用推動了腫瘤進一步的發展[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炎性免疫細胞之間的平衡，是炎性免疫反應中的關鍵調節蛋白。炎性免疫細胞的浸潤、炎性細胞因子的分泌及內皮功能有關的信號傳導都受其調控[10]。GRK2還是內皮細胞活化和成熟的幾種途徑的信號節點，在GRK2下調后，內皮細胞對相關血管生成刺激的反應增強，從而改變了這些細胞形成管狀結構的能力，進而打破了腫瘤細胞內炎性反應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驅動作用。在該過程中淋巴細胞內的cAMP水平和GRK2表達上升，共同發揮免疫調節作用[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節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皮細胞的化學趨化分泌及促進血管滲漏發生，導致腫瘤進展，從而升高低氧誘導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惡性腫瘤之一，從世界范圍來看，我國擁有最多的患病人數和最高的致死率，其進展快、惡性程度高、預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發及轉移的獨立危險因素,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、發生、術前預測及預后密切相關[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、侵襲和轉移具有重要聯系，研究表明該過程是通過抑制肝細胞內GRK2和相關受體的功能表達來實現的。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在其中如何調節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、纖維化和細胞增殖，而通過AT2R的信號轉導則具有相反的生物學效應[15]。 TNF-α的生物學作用主要是通過2種具有不同結構的受體進行：TNFR1和TNFR2。Ang Ⅱ是腎素—血管緊張素—醛固酮系統中的關鍵激素，該系統在腫瘤血管的形成和生長中起重要作用[16]。TNFR1是NF-κB介導的促炎細胞存活反應和程序性細胞死亡的關鍵調節劑。 TNFR1調控的NF-κB信號失調是癌癥、炎性反應和自身免疫性疾病的基礎[11]。TNFR1幾乎在所有組織細胞的表面表達，其信號轉導具有引起炎性反應和促進細胞凋亡的雙重生物學效應。而TNFR2主要在免疫系統的細胞中表達，部分情況下具有促進炎性反應發展的作用，但絕大部分情況下表現為很強的抗炎活性，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現，AT1R、AT2R和TNFR1表達水平明顯不同，數據表明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來抑制HCC細胞的增殖和遷移能力。另有實驗結果也表明，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表達的下調促進了HCC細胞的生長相關特性。這些發現表明，GRK2抑制了HCC的發生和發展。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，從而影響HCC患者的預后[19]。為了進一步明確細胞因子對肝癌發生和發展的作用機制，研究肝癌細胞內Ang Ⅱ、TNF-α和GRK2之間的關系非常重要。

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、咽和喉內黏膜上皮的惡性轉化，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。在患者中觀察發現，1/2以上的HNSCC患者經歷了復發，并且大多數死于區域和遠處的轉移性疾病，淋巴結轉移是其重要的不良預后因素。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+放療、伴或不伴化療及同步放化療。誘導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,只有少數患者可以從單藥治療中受益。為提高免疫療效,聯合免疫治療成為可選策略[21]。盡管目前已有手術加放化療結合的治療方式，但患者的遠期存活率仍未明顯改善[22]。因此，更好地了解HNSCC發生和惡性侵襲信號通路中的分子變化，以用于開發新的治療策略，是改善患者存活率和生存質量的重要研究任務。

上皮間質轉化(EMT)是HNSCC病程中的關鍵過程。在腫瘤細胞侵襲和癌癥進展中。 EMT由復雜的信號通路網絡調節，導致轉錄因子的誘導，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狀態與腫瘤轉移和復發之間的相關性[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的信號網絡之間的功能聯系，正在成為潛在相關的調控子。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特征的相關決定因素，HNSCC的發展與參與各個階段的關鍵分子變化密切相關。在HNSCC細胞中觀察到內源性GRK2的下調會觸發其發生間充質樣改變，此特征往往提示其體內侵襲行為增強[24]。總體而言，這些數據表明，HNSCC細胞中內源性GRK2表達的下調有利于EMT進展，促進惡性腫瘤細胞的運動和侵襲性發展，使其變得更具攻擊性，轉移到正常的組織和細胞，使腫瘤的惡性程度進一步提升，大大降低預后效果。故對GRK2與HNSCC發生發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。在一些發達國家中，前列腺癌在男性群體中發病率、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，隨著腫瘤發展為非雄激素依賴性狀態后，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因素尚未完全明確，這也是改善疾病預后的主要障礙。 最近的證據表明，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)的調節，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的PC3細胞增殖。表達GRK2ct的PC3細胞生長速率下降與G亞基調節ERK活化一致，后者可控制生長因子調節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重要的作用，通過靶向抑制Gβγ信號表達可使體內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，發現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介導的猜想相一致[28]。GRK2負責與cAMP/PKA無關的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受體脫敏[11]。最新的研究結果表明，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調控有待進一步的研究[30]。

以上研究結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，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的GPCR及其配體的研究，對前列腺癌的轉化機制和潛在治療具有重大意義。

3 小結與展望

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節劑。GRK2在體內的表達失衡，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的GRK2水平來指導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，有待進一步的發掘，如在腫瘤細胞中，GRK2水平或活性的變化是否能夠調節代謝網絡或線粒體功能；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；此外在腫瘤微環境中存在的其他趨化因子介導的信號傳導，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。