G蛋白偶聯(lián)受體在肝臟疾病中的作用

陳 蕊, 章 坤, 郭北辰, 李雨韓, 洪 偉, 韓 濤，5

1 天津醫(yī)科大學(xué)人民臨床學(xué)院 消化(肝病)科， 天津 300121； 2 天津醫(yī)科大學(xué)三中心臨床學(xué)院 消化(肝病)科，天津 300170； 3 天津市第三中心醫(yī)院 消化(肝病)科， 天津 300170； 4 天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 組織胚胎學(xué)系，天津 300070; 5 南開大學(xué)人民醫(yī)院 消化(肝病)科， 天津 300121

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、肝硬化以及肝癌等是為臨床常見的肝臟疾病，嚴(yán)重威脅我國人民的生命和健康[1]。G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor, GPCR)是目前已知最大的一類細(xì)胞表面受體超家族，占人類基因組編碼的蛋白質(zhì)總數(shù)的2%左右。大約34%的已批準(zhǔn)藥物以某種方式通過GPCR發(fā)揮作用，即通過調(diào)節(jié)GPCR在藥物中的活性來激活或抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)[2]。研究表明，一些GPCR通過與某些激素的受體結(jié)合參與能量代謝和肝臟代謝的調(diào)節(jié)，如胰高血糖素、腎上腺素、大麻素、血管緊張素等受體均可在肝臟表達(dá)。GPCR參與多種病理生理過程，GPCR的激活和失活突變與惡性腫瘤等多種疾病有關(guān)[3]，干預(yù)此類受體及其介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能糾正肝臟代謝紊亂及相關(guān)疾病。本文就GPCR與肝臟疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 GPCR的結(jié)構(gòu)和分類

GPCR是真核生物中極其重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜蛋白[4]，介導(dǎo)大量細(xì)胞外配體(神經(jīng)遞質(zhì)、激素等)的功能。人類基因組包含約800個不同的GPCR基因，占人類基因總數(shù)的3%～4%。目前臨床上使用的30%～40%的藥物通過作用于GPCR來發(fā)揮作用[5]。

GPCR超家族根據(jù)進(jìn)化同源性與常見配體的關(guān)系可分為三類，這些配體具有以下多樣性：跨越離子、小分子信號分子、脂質(zhì)、肽和蛋白質(zhì)[6]。此外，根據(jù)序列與結(jié)構(gòu)相似性，GPCR通常分為六個主要家族[2]。在生理和病理?xiàng)l件下，GPCR可通過G蛋白依賴或獨(dú)立的途徑調(diào)節(jié)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，包括β-阻遏蛋白、G蛋白受體激酶、離子通道和Src激酶。

在GPCR介導(dǎo)生理學(xué)的經(jīng)典途徑中，帶有配體束的誘導(dǎo)受體跨膜和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象改變，從而與由Gα、Gβ和Gγ亞基組成的異源三聚體G蛋白進(jìn)行通訊。活化的GPCR催化二磷酸鳥苷(GDP)的釋放，然后與三磷酸鳥苷(GTP)捆綁以激活G蛋白。隨后，配體結(jié)合促進(jìn)GDP與GTP的交換以及G蛋白復(fù)合物(α和β、γ亞基)的解離，從而調(diào)節(jié)下游效應(yīng)分子[7]。GPCR可以利用受體酪氨酸激酶介導(dǎo)重要的細(xì)胞反應(yīng)，如增殖、分化和存活[8]。

GPCR異常與包括肝臟疾病在內(nèi)的多種疾病有關(guān)，這也使得GPCR成為近些年極具吸引力的藥物治療靶點(diǎn)。此外，GPCR多態(tài)性對內(nèi)源性和外源性配體以及藥物效應(yīng)的反應(yīng)存在個體間差異[9]。

2 GPCR及其受體在NAFLD發(fā)生發(fā)展中的作用

NAFLD的患病率不斷上升，已成為慢性肝臟疾病的主要原因，發(fā)病率約占全球人口的6%[10]，但尚無經(jīng)批準(zhǔn)的藥物用于治療該疾病[11]。NAFLD與代謝綜合征相關(guān)，具有肝臟脂質(zhì)積聚過多的獨(dú)特特征。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是一種較嚴(yán)重的NAFLD，其特征是肝脂肪變性、氧化應(yīng)激、炎癥、肝細(xì)胞損傷伴或不伴纖維化[12]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GPCR激動劑或拮抗劑能夠用于治療代謝性疾病，進(jìn)而促進(jìn)了GPCR靶向NASH療法進(jìn)展。

近年來，GPR119受體已成為治療血脂異常和NASH的新靶點(diǎn)。Bahirat等[13]通過APD668(一種GPR119激動劑)與利格列汀聯(lián)合使用，觀察對高反式脂肪飲食的小鼠NASH的影響，發(fā)現(xiàn)二者聯(lián)合治療的增強(qiáng)效應(yīng)可能是由于直接激活肝臟和腸道中存在的GPR119受體，或提高胰高糖素樣肽1。表明GPR119受體激動劑與利格列汀聯(lián)合使用可能是治療NASH的一種有希望的治療策略。

固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1(sterol-regulatory element binding protein 1，SREBP-1)是具有調(diào)節(jié)脂肪酸和甘油三酯功能的轉(zhuǎn)錄因子，肝細(xì)胞中SREBP-1的失調(diào)可以引起肝脂肪變性、血脂異常和NASH。磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)是細(xì)胞能量感應(yīng)和代謝穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)者。SREBP-1的失活和GPR119配體對產(chǎn)脂酶表達(dá)的下調(diào)很可能主要通過AMPK激活。肝細(xì)胞中表達(dá)的GPR119在通過AMPK依賴性SREBP-1失活調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)生成中起關(guān)鍵作用，GPR119激動劑可用于肝脂肪變性治療。AMPK可使SREBP-1內(nèi)裂解位點(diǎn)附近的保守絲氨酸(Ser-372)磷酸化，磷酸化可抑制SREBP-1激活[14]。Chen等[15]在喂食高脂肪和高膽固醇的小鼠中評估GPR120激動劑Ⅲ對NASH的影響。該實(shí)驗(yàn)使用透射電子顯微鏡觀察內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超微結(jié)構(gòu)的變化，活性氧二氫乙胺染色法檢測肝臟活性氧產(chǎn)生以及免疫組織化學(xué)法檢測細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞浸潤。發(fā)現(xiàn)GPR120激動劑Ⅲ能顯著抑制飲食性NASH小鼠的巨噬細(xì)胞浸潤和活性氧生成，逆轉(zhuǎn)肝臟炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。

3 GPCR及其受體在肝硬化發(fā)生發(fā)展中的作用

肝纖維化是慢性肝損傷的常見反應(yīng)，最終導(dǎo)致肝硬化、肝衰竭和肝細(xì)胞癌。我國肝硬化的主要病因是HBV和HCV感染、酒精性肝炎和NAFLD等[16-17]。近年來，有關(guān)肝纖維化發(fā)生發(fā)展相關(guān)的GPCR研究也逐漸增多。

大麻素受體(CBR)分為CB1受體和CB2受體，屬于GPCR家族，介導(dǎo)植物源性和內(nèi)源性大麻素的生物學(xué)效應(yīng)。有研究[18]表明CB2受體在急慢性肝損傷中發(fā)揮重要作用，與肝纖維化、缺血再灌注誘導(dǎo)的肝損傷以及與肝性腦病密切相關(guān)。Julien等[19]利用培養(yǎng)的肌成纖維細(xì)胞和活化的肝星狀細(xì)胞(HSC)進(jìn)行功能研究，并利用四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CB2受體在肝硬化中表達(dá)增加。敲除CB2受體的小鼠，肝纖維化減輕。

琥珀酸是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，在線粒體ATP生成中起著核心作用。研究[20]表明琥珀酸還可調(diào)節(jié)表觀遺傳學(xué)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、炎癥、腫瘤發(fā)生，以及腎臟、視網(wǎng)膜、心臟、免疫組織和肝臟的旁分泌調(diào)節(jié)，具有廣泛的生理和病理效應(yīng)。GPCR91被鑒定為琥珀酸受體。HSC的激活對肝纖維化的發(fā)展至關(guān)重要。肝細(xì)胞中琥珀酸鹽的積累通過GPR91受體信號通路激活HSC[20-21]。此外，Nguyen等[22]研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以通過激活A(yù)MPK通路和抑制琥珀酸-GPR91通路，減少HSC的遷移和增殖，提示二甲雙胍具有潛在的在抗纖維化作用。Li等[23]用琥珀酸或琥珀酸脫氫酶抑制劑(丙二酸、棕櫚酸/膽堿和蛋氨酸膽堿缺乏培養(yǎng)基)處理HSC，不僅導(dǎo)致GPR91表達(dá)增加，也會導(dǎo)致α-SMA、TGFβ和I型膠原表達(dá)增加，表明琥珀酸可以激活HSC 。同時，Park等[24]研究發(fā)現(xiàn)琥珀酸不僅能誘導(dǎo)HSC的活化，而且能促進(jìn)LX-2 細(xì)胞的增殖和遷移，抑制細(xì)胞凋亡。因此抑制琥珀酸積累可能是通過控制HSC存活和生長來逆轉(zhuǎn)肝纖維化的有效方法。上述研究表明HSC活化和纖維化形成中存在琥珀酸-GPR91偶聯(lián)依賴性，GPR91可能成為肝纖維化以及肝硬化的治療靶點(diǎn)。

4 GPCR及其受體在肝癌發(fā)生發(fā)展中的作用

目前原發(fā)性肝癌是我國第四位常見惡性腫瘤及第二位腫瘤致死病因，嚴(yán)重威脅著人民的生命和健康。肝細(xì)胞癌(HCC)約占所有肝癌病例的90%[25-26]。既往研究表明GPCR介導(dǎo)的信號通路是原癌基因的關(guān)鍵調(diào)控者。近年來研究發(fā)現(xiàn)GPCR與腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，特別是與趨化因子、前列腺素、溶血磷脂酸、內(nèi)皮素、兒茶酚胺和血管緊張素偶聯(lián)的GPCR在肝癌細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和血管生成中發(fā)揮著重要作用。通過干擾GPCR及其下游信號靶點(diǎn)，有助于尋找肝癌治療的潛在靶點(diǎn)[4]。

趨化因子可與GPCR偶聯(lián)誘導(dǎo)構(gòu)象改變并觸發(fā)細(xì)胞運(yùn)動，激活細(xì)胞內(nèi)信號通路[27]，可分為CC-、CXC-、C-和CX3C-四類[28]。CC亞類是對HCC有顯著影響的所有趨化因子受體中最大的一類。CCR1的CCL2、CCL3和CCL15同源配體在肝癌組織的內(nèi)皮細(xì)胞中顯著增加。CCR1的自分泌可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，參與血管重塑[29]。CXC亞類是趨化因子的另一個主要部分組成。CXCR2是中性粒細(xì)胞上表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)跨膜趨化因子受體，與鄰近肝組織和正常肝組織相比，肝癌組織中CXCR2的表達(dá)顯著增強(qiáng)。CXCL5作為其配體之一，與HCC中性粒細(xì)胞浸潤和不良預(yù)后相關(guān)，CXCR2/CXCL5高表達(dá)可通過PI3K/Akt 信號通路誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移[30-31]。CXCR6在正常肝細(xì)胞中含量較低，在肝癌細(xì)胞中含量增加，降低肝癌細(xì)胞中CXCR6或其配體CXCL16的表達(dá)可減少腫瘤生長、血管生成和轉(zhuǎn)移。Caveolin-1是一種腫瘤抑制因子，可參與β-catenin的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)敲低CXCR6時，可激活p38進(jìn)而導(dǎo)致β-catenin的積累；CXCR6-CXCL16信號通路可能通過調(diào)節(jié)caveolin-1和β-catenin的膜易位影響肝癌細(xì)胞的侵襲。在一項(xiàng)臨床回顧性研究[32]中，CXCR6的高表達(dá)是HCC復(fù)發(fā)率增加和生存率降低的獨(dú)立預(yù)測因子。

溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)是一種生物脂質(zhì)調(diào)節(jié)劑，對不同種類的細(xì)胞具有不同的生理和病理功能。LPA通過與內(nèi)皮分化基因(Edg)家族GPCR的多種亞類(LPAR1、LPAR2、LPAR3、 LPAR4、LPAR5和LPAR6)偶聯(lián)而引發(fā)其生物學(xué)作用[33]。有研究[34-35]表明LPAR6在肝癌細(xì)胞中表達(dá)增加，使用不同劑量LPA處理可導(dǎo)致劑量依賴性肝癌細(xì)胞的生長，抑制LPA-LPAR的信號通路可以抑制肝癌細(xì)胞的增殖。LPA依賴的LPAR3可通過ERK- MAPK信號通路介導(dǎo)腫瘤的侵襲。GPCR及其配體促進(jìn)腫瘤細(xì)胞血管侵襲、增殖以及遷移進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生(圖1)。

圖1 GPCR及配體在HCC中的作用機(jī)制

5 小結(jié)

與在NAFLD治療中的作用多數(shù)是有益的相比，GPCR在肝硬化和肝癌發(fā)展中的作用多數(shù)是有害的。總之，越來越多的研究表明GPCR與NAFLD、肝纖維化、肝硬化及肝癌等肝臟疾病的發(fā)生與進(jìn)展密切相關(guān)，也是令人矚目的診治靶點(diǎn)。但目前的研究尚不夠深入系統(tǒng)，仍需進(jìn)一步探討其內(nèi)在機(jī)制，從而為尋找肝臟相關(guān)疾病新的診治手段奠定基礎(chǔ)。

利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明:陳蕊撰寫論文;郭北辰、李雨韓負(fù)責(zé)查閱及分析文獻(xiàn);章坤修改論文;韓濤、洪偉負(fù)責(zé)擬定寫作思路、指導(dǎo)文章撰寫。