GPSM1在疾病中的研究進展

王 璐，陳 陽，宋瑤琳，邢曉明

G蛋白偶聯受體(GPCR)介導的跨膜信號轉導是生物體普遍存在的一種信號轉導機制。在經典的G蛋白信號通路中，G蛋白通過與GPCR結合激活下游靶點，調控機體大多數生命活動。但也有不依賴GPCR即可激活G蛋白的一類蛋白質，G蛋白信號調節蛋白1(G-protein signaling modulator 1, GPSM1)為該類蛋白之一。GPSM1是近年醫學研究的熱點之一，研究顯示，GPSM1不僅參與調控有絲分裂、細胞自噬及膜蛋白轉運，還與多種疾病密切相關，如食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)、前列腺癌(prostate cancer, PCa)、多囊腎疾病(polycystic kidney disease, PKD)及糖尿病等。本文對GPSM1的相關文獻進行綜述，擬為GPSM1在疾病中的研究提供參考。

1 GPSM1的染色體基因定位及結構

GPSM1又稱為G蛋白信號轉導激活蛋白3(AGS3)，歸屬于G蛋白信號轉導蛋白(AGS)家族[1]，于1999年由Takesono等[2]和Cismowski等[3]通過酵母基因篩選系統鑒定出來，并發現其可以以非受體依賴的方式激活異三聚體G蛋白信號。GPSM1起鳥嘌呤核苷酸解離抑制劑的作用，抑制鳥苷二磷酸從Gα亞基解離，并競爭性地阻止Gβγ亞基偶聯Gα亞基[4-5]。GPSM1由GPSM1基因編碼，位于染色體9q34.3上，包含14個外顯子，由650個氨基酸殘基組成，相對分子質量為72 KDa，具有一個由7個四肽重復(TPR)序列和4個G蛋白調節因子(GPR)基序組成的模塊化結構域[3,6]，兩者由中間的連接區域連接[7]。GPSM1定位于細胞胞質，廣泛分布于肝臟、腎臟、心臟和胰腺等多種組織中[1, 8-9]。

2 GPSM1的功能及其與疾病的聯系

2.1 GPSM1的功能AGS家族成員中，GPSM1的功能最多樣化。GPSM1能夠調節有絲分裂紡錘體的方向、cAMP的產生、膜蛋白的運輸和細胞的不對稱分裂，并涉及廣泛的系統及細胞功能(圖1)，包括對成癮和渴望行為的適應性反應、自噬、膜蛋白轉運、新陳代謝、心血管功能、腎損傷、纖毛生物學、牙髓干細胞的成骨分化、囊腫生成、PKD、不對稱細胞分裂和免疫反應[4, 7, 9-18]。

圖1 GPSM1生理功能示意圖

2.2 GPSM1與疾病

2.2.1GPSM1與腫瘤 GPSM1在ESCC、PCa和多發性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)中均表達異常，并與結直腸癌細胞自噬活動相關[4, 19-21]。

Shi等[19]采用免疫組化和Western blot法對85例ESCC中GPSM1的表達進行檢測，并進行了單因素和多因素生存分析，以確定其對預后的指導意義。結果發現，與正常組織相比：GPSM1在人ESCC組織中的表達顯著降低。單因素生存分析顯示，高表達GPSM1的ESCC患者生存期更長，其是影響患者總生存期的獨立預后因素。此外，雖然GPSM1在腫瘤細胞中的精確生物學功能尚未確定，但該實驗結果表明GPSM1與ESCC的進展和預后有關。GPSM1是ESCC中腫瘤細胞增殖的重要調控因子，可能是一種潛在的診斷生物學標志物或食管癌潛在的診治靶點之一。

PCa是男性泌尿生殖系統常見的惡性腫瘤，早期患者給予雄激素剝奪治療，效果佳[22]。Adekoya等[20]采用Western blot法檢測GPSM1在人PCa細胞系中的表達，發現與正常前列腺上皮細胞系RWPE1相比，GPSM1在LNCaP、MDA PCA 2b和DU-145細胞中的表達水平均升高。實驗結果表明，GPSM1在PCa細胞系中高表達促進腫瘤生長，干擾GPSM1表達后則抑制腫瘤的進展。與對照組相比，GPSM1的缺失促進腫瘤微環境中絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活并上調雄激素受體(AR)的表達。研究結果顯示，GPSM1可通過MAPK/AR依賴的途徑調節PCa的進程，推動PCa的發生。綜上所述，GPSM1的高表達促進PCa的發展。如果能夠深入探究GPSM1在前列腺腫瘤發展過程中的具體發生機制，將會為PCa的診斷、治療及預后的改善提供新思路。

MM中的腫瘤細胞黏附在骨髓微環境中的基質細胞或細胞外基質上，誘導對藥物介導的凋亡產生抵抗，這種現象被稱為細胞黏附介導耐藥(cell adhesion-mediated drug resistance, CAM-DR)。由于細胞黏附介導的耐藥性仍然是治療MM的主要障礙[23]，而細胞黏附在耐受藥物介導的細胞凋亡過程中起至關重要的作用。已有研究證實GPSM1可通過增強環磷酸腺苷反應元件結合蛋白的磷酸化(p-CREB)發揮重要的抗凋亡作用[24]。Shao等[21]從蛋白水平研究了GPSM1在阿霉素介導的MM細胞凋亡中的表達模式并在細胞黏附模型中檢測了GPSM1蛋白表達變化，以便更深入地了解GPSM1的抗凋亡作用及其在MM細胞中的作用。結果發現干擾GPSM1后MM細胞與纖維連接蛋白及HS-5細胞的黏附率降低；同時MM細胞對阿霉素、米托蒽醌和地塞米松的耐藥性降低。以上結果表明GPSM1可能在MM發生、發展過程中發揮促進作用[21]。

自噬是體內蛋白降解的重要途徑之一，自噬失調可能誘發癌癥[25]。研究表明，胞質異源三聚體GNAI3蛋白可以調節人結腸癌HT-29細胞系的自噬[26]。最近，GPSM1被證明能與GDP結合形式的GNAI3蛋白相互作用。這表明GPSM1可能與GNAI3一同參與結直腸癌細胞自噬過程。由此Pattingre等[4]對GPSM1在腸道細胞自噬中的作用開展了相關研究，發現GPSM1編碼的mRNA在人腸道細胞系(Caco-2和HT-29)中表達，且GPSM1與GNAI3蛋白在結直腸癌細胞中均定位于細胞質。轉染過表達GPSM1的質粒后發現：過表達組細胞的自噬率與對照組相比增加約2倍。以上表明GPSM1能夠參與結直腸癌細胞的自噬代謝活動，刺激并促進結直腸癌細胞發生自噬。這也提示GPSM1可能與結直腸癌的發生機制相關，其可能是一種潛在的診斷結直腸癌的生物學標志物。

2.2.2GPSM1與氣道炎癥 MUC1是一種表達于黏膜上皮細胞頂端表面的跨膜黏蛋白[27]，在減輕呼吸道炎癥中起重要作用，其功能障礙與慢性炎癥性呼吸系統疾病的發病有關[28]。基質細胞衍生因子1(SDF-1a；CXCL12)與其受體趨化因子受體4(CXCR4)的偶聯在炎癥和腫瘤轉移中起重要作用[29]。

Choi等[30]的研究表明，GPSM1的過表達下調了腫瘤壞死因子α(TNFα)的表達，上調了白細胞介素-6(IL-6)的表達；而干擾GPSM1后上調了TNFα的表達，下調了IL-6的表達。相反，抗炎細胞因子轉化生長因子β(TGFβ)起相反的作用。這些結果提示GPSM1在氣道炎癥中具有抑制作用，能下調氣道中TNFα的表達。

此外，GPSM1的GPR基序在調節炎癥微環境中MUC1的表達和細胞因子的產生方面起關鍵作用。GPSM1的GPR基序能夠顯著降低MUC1的表達，而突變的GPR基序Q34A肽可增加MUC1和TGFβ的表達，降低TNFα和IL-6的表達。動物實驗表明，GPR Q34A肽可通過抑制CXCL12誘導的小鼠肺黏膜上皮化生，減少炎性細胞數量和炎性細胞因子的產生。說明GPSM1突變的GPR Q34A肽是氣道上皮細胞中一種新的抑制肽，在體內能夠抑制CXCL12誘導的肺炎癥反應，調節氣道中的炎癥微環境。該研究是首例證明GPSM1的GPR基序具有抗炎作用的報道，也是首例證明GPR基序與MUC1在氣道炎癥過程中有協同作用的報道，這些發現為呼吸道疾病中GPCR/G蛋白/G蛋白調節的輔助蛋白介導的免疫反應的分子機制提供新的見解。

2.2.3GPSM1與PKD PKD是一種遺傳性疾病，表現為腎臟和肝臟中上皮細胞的異常增生[13]。人類多囊腎病是由PKD1、PKD2或PKHD1基因突變引起的。PKD是由腎小管上皮細胞(RTECs)產生的薄壁囊腫中的液體不斷積聚，導致腎實質損傷和非囊性腎組織纖維化[31]。異源三聚體G蛋白信號通路的激活是PKD病理、生理過程中的重要特征之一。Nadella等[14]報道GPSM1在常染色體隱性PKD(ARPKD)和常染色體顯性PKD(ADPKD)的嚙齒類動物和人類中異常過表達。

在ARPKD模型中，多囊腎小鼠腎臟中GPSM1蛋白表達比正常小鼠明顯增高。多囊腎大鼠腎臟中的GPSM1蛋白表達在第8～26周期間有一過性的增加。在ADPKD模型中，多囊腎小鼠腎臟中GPSM1的表達高于野生型小鼠。人ADPKD腎臟中GPSM1呈強表達，而正常人腎臟中GPSM1呈弱表達。以上結果表明ARPKD、ADPKD模型鼠和人ADPKD腎臟中GPSM1蛋白表達增加，GPSM1促進PKD發生、發展。

有研究證實腎上皮細胞活性受GPSM1的調節，并與ERK5的激活有關[32]。該研究提示PKD腎小管上皮細胞中GPSM1異常表達與上皮細胞增殖有關，GPSM1可能通過調節GαPKD中的亞單位參與調控上皮細胞的功能。GPSM1-Gα信號可能參與激活非經典G蛋白通路，促進腎上皮細胞的增殖。該研究可能為針對GPSM1-Gα的抗囊性藥物的開發提供思路，用于治療PKD和其他可能的增生性疾病。

2.2.4GPSM1與原發性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency, POI) POI被定義為40歲之前的卵巢功能不全，是一種由于原始卵泡池耗盡而導致卵巢功能喪失的疾病[33]。根據最新研究進展，Cai等[34]首先通過全外顯子測序發現GPSM1是導致POI的易感基因。使用卵巢顆粒細胞(granulosa cells, GC)進行qRT-PCR和Western blot實驗，結果表明大鼠卵巢中GPSM1的表達水平在卵泡發育期比原始卵泡期增加。免疫組化結果表明，GPSM1在大鼠卵巢中廣泛表達。敲低GPSM1表達后進行CCK-8實驗及流式細胞術檢測，結果發現GC的增殖率顯著降低且凋亡率升高，表明GPSM1能夠促進GC的增殖。結果提示GPSM1對POI的作用可能是通過cAMP-PKA-CREB信號通路實現，為GPSM1的研究拓寬了思路。

2.2.5GPSM1與2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM) T2DM是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病[35]。最近，全基因組關聯研究(genome-wide association studies, GWAS)報道了GPSM1與T2DM的關聯。GPSM1在不同種族人群中出現的頻率不同，但與T2DM的相關性主要體現在亞洲人群中[36]。然而，在不同種族中GPSM1與T2DM的具體關聯機制尚未報道。

Ding等[37]采用了精細定位等方法探究GPSM1在骨骼肌胰島素抵抗中的作用。對來自7個GWAS的21 897例T2DM患者和32 710例健康者的GPSM1基因合計128個單核苷酸多態性進行分析。結果發現在亞洲人群中，GPSM1內含子9的rs28539249單核苷酸多態性與T2DM顯著相關，rs28539249參與了轉錄調控和T2DM發生的相關過程。進行肥胖小鼠模型實驗后發現，高脂飲食誘導的肥胖小鼠骨骼肌中GPSM1的mRNA表達水平較對照組小鼠明顯增加；且肥胖小鼠中GPSM1的表達水平與小鼠血糖和胰島素水平呈顯著正相關。該研究證實了肥胖小鼠骨骼肌中GPSM1的表達增加，且與T2DM的性狀相關。對GPSM1進行深入探究，可能為T2DM患者帶來福音。

3 結語

目前GPSM1的研究工作已經進行了20余年，隨著醫學科研水平的提高和發展，GPSM1在細胞水平的功能逐漸被發現，GPSM1的表達與多種疾病之間的關系正逐步得到驗證。已有研究結果證實，GPSM1在氣道炎癥、PCa、MM、PKD以及糖尿病中發揮促進作用，而在ESCC中發揮抑癌作用。正是由于GPSM1在多種疾病中發揮的作用錯綜復雜，使得其具有重要的臨床價值。對GPSM1參與的多種細胞學功能的深入研究將為疾病的治療提供更多的潛在靶點，并且對改善患者的臨床預后具有重要意義。