粘附受体GPR56与肿瘤

粘附受体GPR56与肿瘤

郭芮伶

作者单位： 400020 重庆，解放军第324医院呼吸内科

【关键词】细胞粘连；肿瘤；G蛋白耦联受体；GPR56；TG2

细胞在持续不断地与周围的环境进行接触，这些主要通过细胞粘连完成的联系对细胞的分化成长至关重要，如果出错可能会导致机体的疾病状态，比如癌症[1-2]。事实上，在癌症的发展过程中，细胞粘连的变化可以在肿瘤发生及转移的每一步被观察到[3]。细胞粘连包括细胞间(cell-cell)粘连和细胞-基质(cell-extracellular matrix, cell-ECM)粘连，前者涉及到细胞间直接接触，而后者指的是细胞与细胞外基质之间的相互作用。这两种类型的细胞粘连都由跨膜受体介导，它们之间的这种串联频繁发生而且对适当的细胞行为调控非常关键。非典型G蛋白耦联受体GPR56近年来被证实为一种新型的黏附受体，可能同时影响细胞间和细胞-基质粘连[4]。

一、细胞粘连与肿瘤

在正常组织中，上皮细胞通常通过三种类型的细胞间连接产生联系：紧密连接、附着连接和缝隙连接。每种类型的连结由特定的跨膜蛋白完成。他们协同作用以保证有序的组织结构并抑制其恶性增殖，而细胞间连接的破坏则会导致接触抑制消失并启动癌症。对癌症的细胞间连接研究最深入的是钙粘素(cadherin)介导的附着连接。钙粘素是一个横跨膜受体家族，可在两个相邻细胞之间形成Ca2+依赖性亲同种抗原二聚物。E-cadherin是上皮细胞中表达最主要的钙粘蛋白，相邻细胞之间的E-cadherins二聚体可通过b-catenin和Hippo激酶依赖性程序抑制肿瘤细胞的迁移和增殖[5]。但在上皮起源的癌细胞中E-cadherins通常表达缺失，从而发生上皮组织向间叶组织的转变(EMT)，呈现出间质表型并更具有迁移性和侵袭性。应该指出的是，间叶细胞中仍有细胞粘连，但相对上皮细胞显著减少，通常由不同类型的钙粘蛋白如N-cadherin介导，而N-cadherin已被证明能够促进肿瘤进展[6]。

细胞-ECM粘连是指ECM蛋白质与黏附受体相结合产生双向信号调节细胞极性、迁移、生存和扩散[7]。最典型的黏附受体是整合素(integrins)。来自ECM蛋白质的信号可引起整合素的构象变化，然后导致细胞行为的改变(由外向内的信号)。同时，整合素还能感受到细胞内波动，把它们转换成ECM重塑(由内而外信号)。每个整合素的ab二聚物可以与多个ECM蛋白质结合，每个ECM蛋白质也可能与多个ab二聚体结合，这种ECM-整合素结合物的效应是动态变化并相互关联的，可能正好解释了整合素功能和cell-ECM交互作用在癌症发展过程中作用的的复杂性。此外，ECM是一群大片段多肽在细胞外空隙组装成高度有序的结构，ECM的物理特性包括密度和交联程度也直接影响其在癌症发展过程中产生的效应[8]。

信号通过上述细胞间粘连和cell-ECM粘连交互传递并形成复杂的黏附网络[9]。这些相互作用的结果可能是复杂的：在某些情况下它们也会导致信号的增强，在某些情况下它们也会导致信号衰减。但众多研究均表明，肿瘤的浸润与转移同其黏附分子的表达有关。一方面肿瘤细胞某些黏附分子表达的减少可以使细胞间的附着减弱，肿瘤细胞脱离与周围细胞的附着，迈出浸润及转移的第一步；另一方面，肿瘤细胞表达的某些黏附分子使已入血的肿瘤细胞得以黏附血管内皮细胞，造成血行转移。

二、 非典型黏附受体GPR56

GPR56是G蛋白偶联受体(G-protein cupled receptors, GPCRs)家族的一员，近年来被证实为一种新型的黏附受体。黏附GPCRs高度保守，包含有七个GPCR-like跨膜域和与细胞黏附相关的扩展N端基序[10]。胞外段即N端很长，含有很多不同的功能区域。跨膜域即C端具有富含半胱氨酸的GPCR水解位点(简称GPS)，通过这个位点N端细胞外部分可自催化裂解与C端跨膜域分离。他们被认为同时参与细胞黏附和G蛋白耦联信号通路[11]。尽管具有以上这些有趣的属性及其系统发育保守性，黏附GPCRs的功能在最初的鉴定后仍被很大程度上忽视了，这主要归咎于其非常规的蛋白质结构和难以定义的生物效应。然而最近，在不同领域的突破几乎同时证实黏附GPCRs成员在不同的生物过程发挥着举足轻重的作用，包括免疫反应、大脑发育、吞噬作用和血管生成，而且表现出显著的组织特异性，以及在mRNA和蛋白水平上受严格的时间调控[12-13]。同时，来自基因敲除动物的表型研究表明，他们的功能失调可导致组织发育过程中的一系列缺陷。因此，GPCRs在广泛的生物过程包括肿瘤进展中均扮演着重要的角色。同时，传统认为GPCRs作为药物靶点对于小分子药物或抗体有非常大的吸引力，特别是它具有的长膜外氨基末端结构域，提示GPR56有非常大的多肽配体结合倾向。因此，针对GPR56的靶向性药物可能具有非常良好的前景。

已有几个黏附GPCRs被证实与癌症有关[14]，其中GPR56是被研究最多的一个。遗传和生化分析证实GPR56与ECM蛋白质分子包括组织谷氨酰胺转移酶2(TG2)和胶原蛋白Ⅲ相结合及在cell-ECM粘连中发挥作用。同时，GPR56的N端被发现可以在两个不同细胞中转换血细胞交互性相互作用的信号[15]。这表明它可能同时影响细胞间和cell-ECM粘连并参与这两个过程之间的串联调控。此外，GPR56的突变可造成双侧额顶叶多微脑回畸形(一种罕见的人类大脑皮质畸形遗传疾病)[16]，表明GPR56与大脑发育有关。GPR56 mRNA优先表达在神经祖细胞以及造血干细胞中，其表达缺失可导致造血干细胞的显著减少及髓外造血的增多[17-18]。因此，GPR56可能控制不同起源的多能干细胞的增殖，并可作为一种干细胞标记物[19]。最近的研究还显示，GPR56能调节纤连蛋白和Ⅰ型胶原的生成并影响肺纤维母细胞的迁移能力，其表达缺失可能与肺纤维化密切相关[20]。综上所述，GPR56在人体机能紊乱、肿瘤发生与恶化过程中都发挥着举足轻重的作用[21]。

三、GPR56与肿瘤

通过生物信息学和基因分析联合研究发现，GPR56能抑制黑色素瘤的生长和转移[22]。在转移瘤实验模型中，将多个低转移性黑色素瘤细胞株通过静脉注射给裸鼠，所形成的肺转移瘤细胞均显示出更高的转移潜力，而这些高转移性肿瘤样本中GPR56表达下调，恢复表达则可抑制肿瘤细胞的生长及转移。在诱导培养的多药耐药非小细胞肺癌细胞株A549/DDP中发现GPR56的表达较亲代敏感细胞显著降低，提示GPR56可能也与更高的耐药性相关[23]。Ohta等[24]还发现GPR56在神经胶质瘤中异常表达，其重组n端片段或使用激动性单抗可抑制神经胶质瘤细胞黏附及移行。与此结果一致，GPR56的表达在肾癌细胞系中被肿瘤抑制基因VHL上调。相反，有研究报道，GPR56 mRNA转录在人类结肠癌、胰腺和肺癌组织中显著升高。在基因敲除GPR56裸鼠中，前列腺癌生长受到抑制[25]。这表明GPR56可能促进瘤变。此外，在人类胰腺癌细胞株中，尽管可观察到高水平的GPR56 mRNA，但GPR56蛋白的表达可忽略不计或者难以检测到[26]。还有报道发现GPR56在食管鳞状细胞癌中也表达上调，但对其恶性进展的影响尚不明确。这些看似矛盾的报道暗示GPR56可能在不同癌症类型或阶段中具有不同作用。

进一步研究GPR56抑癌效应的机制，发现GPR56的细胞外部分和七个跨膜域可反向调节VEGF的生成，并通过PKCα信号通路介导血管生成。研究表明，GPR56的表达抑制了黑色素瘤的血管生成，至少部分是通过阻断VEGF的生成实现[22]。VEGF是最强有力的促血管生成因子之一，它能聚集内皮细胞和刺激新血管的形成，以确保肿瘤细胞增殖有足够的氧气和营养供应。VEGF抑制剂已经被用于癌症治疗并在某些癌症类型中显现出疗效[27]，然而，肿瘤复发的状况经常被观察到，这可能与某些VEGF在其释放后保留在ECM以逃避这种抑制效应有关[28]。如果VEGF的释放受GPR56调节，这将有助于设计新的药物从源头上抑制VEGF的生成，从而增强血管生成抑制剂的疗效。

值得注意的是，和其他粘连GPCRs一样，GPR56可以通过直接位于跨膜域的GPCR 蛋白水解位点裂解成两个片段，形成一个双亚基受体。细胞外片段称为GPR56a亚基，而c端片段包括七个跨膜域，称为GPR56b亚基。两个亚基均保持非共价状态，其中GPR56a可以从细胞表面脱离。这对于GPR56的蛋白成熟和适当的易位至关重要，因为GPCR蛋白水解位点的突变(C346S和W349S)会导致受体与细胞表面的连接失败。有趣的是，GPR56b单元表现出一些固有活性，这种活性是隐蔽的或被GPR56a抑制的[15,24]。GPR56a和GPR56b在黑色素瘤进展过程中的不同作用意味着他们在人类黑色素瘤中具有不同的表达模式，也可能与其对转录因子的激活能力不同有关[29]。在肿瘤细胞中如何调控这些GPR56变异型的表达将会是未来一个值得研究的领域。

四、肿瘤中GPR56参与调控的信号通路及配体

作为一个GPCR，GPR56可能是通过激活信号转导通路影响细胞增殖和肿瘤进展的。但目前对其知之甚少，甚至几乎所有的黏附GPCRs的内源性配体都不清楚，他们如何传递信号来调节细胞的行为仍然是一个谜。

GPR56有七个跨膜域，这是GPCR的特性，因而通常认为是通过G蛋白传递信号。事实上，有报道显示GPR56与G蛋白亚基Gαq/11、Gβ/γ以及四跨膜蛋白CD9和CD81密切相关。GPR56在多个细胞系中与Gαq相互作用，CD81在促进或稳定GPR56-CD81-Gαq/11复合体过程中可能发挥核心作用，而在神经祖细胞和NIH3T3细胞中GPR56还可通过Gα12/13传递信号[30-31]。因此，GPR56可能具有与不同G蛋白相互作用的潜能。同时，体内实验证明，虽然GPR56对黑色素瘤的生长和转移有明显的负调控作用，但不同GPR56表达水平的细胞在体外增殖速度类似，表明这种GPR56引起的肿瘤抑制效应必定受到组织或肿瘤微环境因素的调控。通过一系列的生化净化方法，我们发现了第一个与GPR56的细胞外部分结合的ECM蛋白TG2。也有研究发现胶原蛋白Ⅲ是大脑组织中GPR56的主要配体，但胶原蛋白Ⅲ目前的研究主要集中在组织发育和内稳态中，而TG2广泛涉及癌症的发生发展，故TG2已成为研究GPR56调控癌症进程的主要突破口。

TG2是谷氨酰胺转移酶家族中表达最广泛的成员，在细胞内及ECM中均有表达。在细胞外空间，它是ECM中主要的交联酶，促进ECM沉积和稳定并具有非交联酶依赖性功能[32]。它可以直接与ECM蛋白质作用从而影响细胞黏附、迁移和生存。在细胞溶质中，TG2在不同亚细胞区室发挥不同的功能进而影响细胞生理。在生理条件下，胞质TG2保持失活状态，而在压力条件下，TG2表现出活性。肿瘤细胞特别是耐药或转移性癌细胞中通常可以观察到TG2的表达上调，这种表达增加可能受多种机制调控并与细胞的特定类型有关。同时，Tg2可使小鼠中某些肿瘤细胞的生长增强，但瘤内注射Tg2后又可使肺癌生长受到抑制，证明了Tg2也具有抑瘤效应。这可能与TG2交联活动的增加以及随之发生的肿瘤间质ECM转化有关。因此，在癌症的发展过程中TG2具有多向性作用。

那么，TG2是如何与GPR56相互作用调控肿瘤进程的呢，首先，TG2可能是作为配体激活GPR56并诱导下游信号通路以抑制肿瘤进展。同时，GPR56可能调节TG2在细胞外空间的活性及肿瘤微环境中的ECM重塑。最后，GPR56可能与TG2及其相关因子(如纤连蛋白和整合素)形成一个复合体以调节癌症进程中的细胞粘连。这些结果为肿瘤细胞与基质之间的关系在肿瘤进程中作用的研究提供了一个起点。

五、 展望

GPR56是黏附GPCR家族成员，最近被确认为一个调控cell-ECM粘连的受体，但GPR56在细胞粘连中的作用以及与癌症进展之间的关系仍不明确。首先，虽然GPR56与TG2的相互作用可能为深入研究GPR56在肿瘤进程中的作用提供了一个良好的起点和平台，但TG2或其他GPR56配体是如何调节GPR56介导的癌症进程还需要生化及基因学方法的进一步验证。其次，GPR56在细胞粘连中潜在的双重作用可能在癌症的发展过程中具有特殊的地位。最后，GPR56亚基对黑色素瘤细胞VEGF的生成具有截然相反的作用，这表明黏附GPCRs的两个裂解片段可能作为不同的实体具有不同的功能。这和另一个黏附GPCRs蛛毒素受体类似，两个片段可以相互关联并与其他黏附GPCRs的片段传递信息。这种复杂的联系赋予黏附GPCRs在生物过程包括癌症中作用的多样性值得在未来更深入的研究。

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(本文编辑：黄红稷)

郭芮伶. 粘附受体GPR56与肿瘤[J/CD]. 中华肺部疾病杂志： 电子版， 2015， 8(4)： 482-484.

·综述·

收稿日期：(2015-06-28)

文献标识码：中图法分类号： R743.2 A

基金项目：重庆市自然科学基金(cstc2012jjA1595)

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.04.021