大麻CB2受体分子生物学信号及信号传导机制①

李晶 王馨 龙云 王娜

(1.重庆三峡医药高等专科学校 重庆 404120; 2.重庆市重钢总医院 重庆 400084)

几个世纪来,大麻一直被用作治疗和娱乐用途,甚至出现滥用现象。大麻中主要成分是9-THC,发挥作用主要通过2种G蛋白偶联受体:CB1(Cannabinoid receptor 1)亚型和CB2(Cannabinoid receptor 2)亚型。大麻CB1和大麻CB2是大麻素△9-THC在体内作用的主要受体,CB1主要调节精神方面的作用,CB2则主要调节免疫系统。CB1主要存在于中枢和外周神经组织,CB1受体被作为许多疾病治疗的新靶点,例如肥胖,酒精依赖症,帕金森和镇痛等。CB2受体主要存在于免疫组织,如脾脏和白细胞,这一分布特点也提示CB2受体激动剂可能在抑制肿瘤和炎症调节方面具有潜在作用。最近CB2受体激动剂被证明可以有效用于神经性疼痛的镇痛,这一作用和CB2受体主要分布于外周有关,CB2激动剂产生神经镇痛作用同时却没有CB1受体激动剂镇痛产生的精神方面副反应。

CB2受体cDNA最早从人类急性粒细胞性白血病细胞系HL-60细胞中克隆获得。CB1受体从不同脊椎动物如哺乳动物,鸟类,鱼类和两栖动物体内均已克隆获得;CB2受体只从哺乳动物体内克隆获得。2种受体在基因序列上只有44%同源性,7次跨膜结构中有68%氨基酸相同。CB2受体的氨基域和CB1受体相比较短,人类和大小鼠的CB2蛋白结构上特别是氮端具有很大程度一致性,在这个区域大鼠分别比人/小鼠多50/63个氨基酸。

1 CB2的结合特点

跨膜结构域的苯基丙氨酸突变可以降低CB2选择性激动剂WIN55212-2的亲和力大约14倍;相似位置缬氨酸突变可以增加WIN55212-2对CB2受体亲和力约12倍。通过CB1和CB2结合位点对接试验检测WIN55212-2选择性差异,结果显示亲和力不同主要是由于S3.31处丝氨酸和F5.46残基的相互作用而产生。CB2受体选择性可以通过增加配体脂溶性基团作用于F5.46段和S3.31处形成氢键而被增强。有越来越多的研究发现配体结构略有差异,但作用方式却截然不同。大麻素类激动剂采用不同结合和激活方式作用于CB1/CB2受体且不同激动剂可能选择性激活不同信号传导通路。CB2激动剂选择性不同可能带来不同治疗作用,通过选择调节性激动剂激活对应治疗避免激活潜在不好的副反应。

2 CB2受体表达的调节

虽然CB2受体大多被报道存在于免疫细胞,但最近有研究证明在中枢神经系统也分布有少量的CB2受体。多种疾病诱导中枢神经系统慢性炎症发作时,神经组织CB2受体水平出现显著上调。巨噬细胞中CB2受体在炎性刺激如脂多糖等作用下表达调节与cAMP蛋白激酶-cAMP应答通路有关。

3 G蛋白偶联信号传导

CB1和CB2受体都属于G蛋白偶联受体,具有七次穿膜结构,通过激活胞内G蛋白调节胞内效应器发挥作用。通过G蛋白偶联受体激活后GTP转变为GDP,这一过程包括受体上的G蛋白解离和α-GTP和βγ亚单位,两者继续调节下游效应器。

4 效应器调节

CB1/CB2受体与胞内多种效应器相偶联,CB1/CB2均可调节腺苷酸环化酶活性和胞外调节有丝分裂素激活蛋白激酶类活性。CB2活化可以激活神经细胞和免疫细胞内游离钙离子快速短暂性增加。最近的研究发现大麻药物作用于CB1/CB2受体后通过刺激PI3K /Akt(the phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B)信号通路促进皮层细胞和少突胶质细胞祖细胞的存活。CB1受体可以结合某些离子通道产生抑制电压门控钙离子通道和激活钾离子内流的生理作用,CB2则不能。

5 腺苷酸环化酶

大麻素对CB2转染CHO细胞和COS细胞产生浓度依赖性抑制腺苷酸环化酶的活性。大麻素减少了可表达CB2受体的人体淋巴细胞和大鼠脾细胞内cAMP水平。CB2受体信号传导级联反应所需G蛋白均为Gi/oα型。CB2受体调节免疫功能一定程度上是通过减少腺苷酸环化酶实现的。CB1/CB2受体转导胞内信号方式可能完全不同。

细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶(ERK/MAPK)信号传导通路大麻素可以激活内在性表达CB2受体HL-60细胞和CB2转染CHO细胞的P42/P44 ERK-MAPK。大麻素调节细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路具有时间和浓度依赖性。内源性大麻素激活体内免疫细胞CB2受体后调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶信号传导与它们的迁徙有关。通过应用分裂原活化蛋白激酶抑制剂PD098059对比发现,大麻素调节ERK-MAPK减少可抑制IL-2产生,这解释了通常大麻素化合物引起的免疫抑制作用。

6 钙离子短暂性增加

用大麻素对转染CB2的CHO细胞和表达CB2受体的HL-60细胞受体进行刺激,CB2受体可通过磷脂酶-Cβ(PLCβ)调节机制引起胞内游离Ca2+短暂性增加。Ca2+离子浓度短暂性升高与大麻素药物浓度呈依赖性关系,这一机制可以被百日咳毒素或选择性CB2拮抗剂预处理而发生阻断。曾有报道CB2转染CHO细胞不能升高胞内游离Ca2+离子浓度,不同试验结果的主要原因可能是由于CB2激动剂选择性差异。

7 神经酰胺的合成

有研究报告证明神经酰胺聚集参与了大麻素诱导神经胶质瘤细胞凋亡,这一发生机制依赖于CB2受体的激活。CB2受体信号在细胞凋亡前具有重要的作用,选择性大麻素CB2受体激动剂有可能在未来作为一类新的药物应用于临床用于延缓各种癌症细胞生长。

三磷酸肌醇激酶(PI3K)/丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)所介导的信号传导通路细胞的存活和PI3K/Akt通路有关。大麻素通过CB1/CB2作用于PI3K/Akt信号通路刺激和促进脑皮层细胞和少突细胞母细胞的存活率。

8 CB2受体在快速和缓慢配体暴露时出现的内化和运输

快速/缓慢接触配体均可显著调节CB1/CB2受体信号。有研究还发现CB2受体在活化小胶质细胞板状伪足前缘具有高密度表达。这一关键地分布意味着CB2受体可能参与了小胶质细胞在炎性刺激下发生的迁徙。活化的CB2受体和免疫细胞中CB2选择性转运到特定区域参与了重要的免疫细胞功能,如增殖和迁徙。

9 CB2受体相互作用

1.CB2受体信号偶联其他Gi/o受体的失活。CB2受体属于可自发活化调节型的受体。CB2反向激动剂JTE-907在多种动物模型中被证明具有抗炎活性。此外,新颖的CB2反向激动剂已经最近被证明可以抑制由不同化学增活素趋化因子刺激引起的白细胞聚集。目前抑制白细胞趋化性的机制尚不得而知。

9 CB2受体对其他受体的转录调节

CB2受体激活可以调节CD4+T细胞株Jurkat细胞的CB1,μ和δ阿片受体表达。三种受体上调均涉及CB2受体的激活,然后信号转导器和STAT5催化磷酸化并伴随着白细胞介素-4(IL-4)编码基因的转活。发生在神经元中的CB2上调μ或δ阿片受体可以很好的解释大麻素和阿片之间的协同镇痛效应。

综上所述,大麻素主要通过CB1/CB2受体产生作用,CB2受体主要在免疫组织中表达,通过结合Gi/Go蛋白转换胞内信号。激动剂激活CB2受体后调节胞内多种效应器,包括腺苷酸环化酶,ERK-MAPK,Ca2+离子内流,神经酰胺合成和PI3K/AKt。不同CB2激动剂可调节不同效应感受器。CB2配体在炎性组织中选择性诱导胞内表达的能力,意味着在未来有望寻找和获得新颖的抗炎和神经保护CB2激动剂药物。