G蛋白偶联受体在肠道疾病及模型中的研究进展

张怀月

[摘要]：G蛋白偶联受体（G-protein-coupledreceptor，GPCR）是人基因组编码数目最多和种类最广的细胞膜表面受体蛋白家族，是信号转导领域的一类相当重要的蛋白质分子，其功能广泛，参与多种信号转导以及疾病发生过程，被广泛用于疾病机理研究和药物研发。近年来，我国肠道疾病的患病率不断上升，但其发病机制并不清楚。最近研究发现，GPCR通过影响肠上皮屏障完整性和参与多种信号转导途径进而调控多种肠道疾病如炎症性肠病。本文系统综述了GPCR分类和功能以及近年来在肠道疾病及实验模型中的研究进展，并对GPCR在肠道疾病中的进一步研究进行了总结展望。

[关键词]：G蛋白偶联受体，炎症性肠病，溃疡性结肠炎，克罗恩病，结肠癌，肠缺血再灌注

[中图分类号]R373.2 [文献标识码]A [文章编号]2107-2306（2020）04-248-02

GPCR是人类蛋白家族中最大的膜蛋白家族，约有800个家族.成员，这些受体能够引发细胞内多种信号转导过程，通过结合细胞外多种类型的信号分子产生作用。不同的配体与GPCR胞外结构域结合，导致受体产生构型上的变化，进一步通过细胞膜传递信号，由此引发胞内G蛋白等信号蛋白结合到受体的胞内结构域上，引发不同的信号途径[1]。

在本文中我们系统的，总结了GPCR在肠道疾病，如炎症性肠病、结肠癌和肠缺血再灌注损伤等发生发展中的重要作用，本文将为GPCR相关肠道疾病的治疗提供新的思路和策略。

1.GPCR结构与分类

GPCR蛋白家族是一类高度保守的受体蛋白，是细胞膜表面受体的最大家族，通常是由一条肽链组成、具有7个a螺旋跨膜结构域，GPCR家族是一种多用途的、可以调节多种细胞内级联信号反应，以应答激素、神经递质、离子、光子、气味和其他刺激的蛋白家族[2];GPCR的激活通过与G蛋白异三聚体以及GPCR激酶的磷酸化作用和抑制蛋白偶联的G蛋白独立途径来调控细胞内信号转导，该异三聚体G蛋白包括Ga、GB和Gy，GB和Gy组成GBy异二聚体，研究发现G蛋白的数量是有限，因此数量有限的G蛋白能与多种受体偶联并发挥不同的作用，这些能力表明了存在一种保守的受体催化G蛋白活化机制，该机制与Ga亚基与核苷酸的结合状态有关。国际基础和临床药理学联盟命名委员会（NC-IUPHAR）根据序列同源性考虑了6种GPCR类型。其6种类型成员如下：A类（视紫红质样），B类（分泌蛋白受体样）），C类（代謝型谷氨酸受体样），D类（真菌交配信息素受体样），E类（环状AMP受体样）和F类（卷曲/平滑样）[3]。

2.GPCR与炎症性肠病

2.IGPCR与溃疡性结肠炎

李霞等[4]发现Rheb在炎症性肠病的发病过程中起作用。Rheb作为mTOR信号通路上游激活蛋白，是一个小GTP酶，Rheb-GTP直接激活mTOR进而开启mTORC1信号通路，mTOR信号通路可以调节细胞生长、增殖和存活，通过感知细胞外的营养状况来发挥作用。DSS诱导的溃疡性结肠炎小鼠肠上皮中的Rheb的蛋白水平明显上调，且Rheb+/一小鼠的肠炎更加严重，主要表现在Rheb+/一小鼠肠上皮增殖减少，凋亡细胞增多，且肠上皮细胞出现大面积的溃疡，其分子机制为mTOR信号通路来应答Rheb+/一小鼠对DSS诱导的肠炎。CheryldeValliere等人[13]发现低氧条件下IBD患者与正常对照组相比，0GRlmRNA表达增多，并且酸性pH条件下，小鼠腹腔巨噬细胞和人肠巨噬细胞pH受体和促炎细胞因子的表达上调。在低pH条件下，TNF-a和低氧诱导的0GR1表达量提高，在酸性条件下0GR1活性具有正向调节作用，并支持0GR1在IBD发病中的作用。

2.2GPCR与克罗恩病

GuangxinChen等人[5]发现丁酸钠可以作为GPR109A的激动剂，丁酸钠刺激TNBS诱导的野生型小鼠与GPR109A敲除的小鼠相比，可以显著改善炎症反应和肠上皮屏障功能障碍，并且还发现丁酸钠通过激活GPRI09A抑制AKT和NF一kBp65信号通路，改善TNBS诱导的炎症反应和肠上皮屏障功能障碍。保护肠上皮屏障主要在于丁酸钠可以降低TNBS诱导小鼠的通透性和维持紧密连接和黏蛋白-2的含量，并且还可以抑制LPS对于巨噬细胞促炎细胞因子的表达。CheryldeValliere等人[6]发现低氧条件下IBD患者与正常对照组相比，0CRlmRNA表达增多，并且酸性pH条件下，小鼠腹腔巨噬细胞和人肠巨噬细胞pH受体和促炎细胞因子的表达上调。在低pH条件下，TNF-a和低氧诱导的0GRI表达量提高，在酸性条件下OGR1活性具有正向调节作用，并支持0GR1在IBD发病中的作用。

3.GPCR与结肠癌

崔恒祥等人[7]发现黏附蛋白GPRI26在恶性结肠癌中的表达明显高于其相邻组织，且沉默GPRI26会抑制结肠癌细胞增殖，并且抑制其在体内生长，研究还表明GPRI26主要是通过mTOR通路来调节结肠癌细胞的生长，Westernblot结果显示沉默GPR126会使细胞中的mTOR蛋白的表达下调。张隆等人[8]研究发现GPCRC5A（Gpre5a）在结直肠癌的发病中起着作用。Gprec5a也称为维甲酸介导基因1和维甲酸介导的基因3，是作为维甲酸的调节基因，属于谷氨酸受体家族，Gpre5a基因在不同的癌组织中有着不同的作用，例如在肺癌中起着抑癌基因的作用，在乳腺癌、胃癌和结肠癌中有癌基因的作用。研究发现Gprc5a在人结直肠癌癌组织的表达高于癌旁组织，且结直肠癌恶性程度越高，表达越高，并且在细胞水平上发现Gpre5a能调节结直肠癌细胞的增殖和凋亡以及克隆的能力，同时在动物实验中发现Gprc5a的敲除可以抑制小鼠肠炎模型肿瘤的发生，并且促进了肿瘤凋亡，其调节的分子机制为Gprc5a通过调节NF一KB信号通路使Vavin-1的表达和产物胱胺的含量降低调节肿瘤微环境中氧化应激的压力，进而调控结直肠癌的发生和发展

4.GPCR与肠缺血再灌注损伤

肠缺血再灌注损伤（intestineischemia-reperfusioninjury，I/R）是由于肠道组织在肠道疾病的作用下产生的缺血缺氧，甚至产生的缺血坏死的综合征，在缺血状态下，机体会启动修复机制，此时会引发血流的灌注，这种情况下不仅不会减轻组织症状，反而会加重组织器官损伤。柴世权等人[9]发现GPER不仅对于溃疡性结肠炎起着保护作用，而且在肠缺血再灌注损伤也发挥着保护作用，研究展示了G-1处理显著改善I/R引起的空肠黏膜屏障破坏，改善了空肠黏膜紧密连接蛋白Z0-1与Occludin表达以及降低了肠黏膜通透性，同时研究还发现G-1处理后显著改善I/R引起的空肠隐窝千细胞增殖和上皮再生修复能力的下调，在小肠I/R损伤模型中，空肠隐窝iNOS表达显著，但G-1处理显著抑制I/R引起的iNOS表达升高。

5.总结与展望

肠道疾病的发病原因是复杂的，并且对其发病机制的认知依旧是不清楚的，但肠道疾病与GPCR之间的关系确实是很密切的，GPCR对于肠道疾病发生发展过程有着重要意义，例如肠道疾病与白细胞的黏附和活化、细胞连接、炎性因子的产生和细胞自噬有关，这些生理过程与GPCR又是息息相关的，所以GPCR是针对治疗肠道疾病的重要药物靶点。但目前关于GPCR为药物靶点的药物研发还处于最初期的阶段，以后需要基础研究人员、药物研发人员以及医院方面进行更为深人的合作，以求未来不久研发出基于GPCR的肠道疾病的治疗、诊断和监测药物。

参考文献

[1 ]NaomiR.L atorraca，A.J. Venkatakrishnanand，Ron 0.Dror.GPCR Dynamics： Structures in Motion[J].Chem. Rev，2017 Jan 11;117（1）：139-155.

[2] Daniel Hilger，Matthieu Masureel，Brian K Kobilka.Structure and Dynamics of GPCR Signaling Complexes[J].Nat Struct Mol Biol，2018 Jan;25（1）：4-12

[3]NicoleScholz，Tobias L angenhanandTorstenSchineberg.·Revisiting the classification of adhesion GPCRs[J].Ann N Y Acad Sci，2019 Nov; 1456（1）： 80-95.

[4]李霞.Rheb在急性腸炎中的功能研究[D]上海：华东师范大学生命科学学院，2014.4

[5]Guangxin Chen， Xin Ran， Bai Li， Yuhang Li， Dewei He， BingxuHuang，Shoupeng Fu，aJuxiongLiu，and Wei W ang.SodiumButyrateInhibits Inflammation and Maintains Epithelium Barrier Integrityin aTN BS-inducedInflammatoryBowelDiseaseMice Model[J].EBioMedicine.，2018 Apr; 30： 317-325.

[6]Cheryl de Vallière，Jesus Cosin-Roger， Simona Simmen， Kirstin Atrott，Hassan Melhem，Jonas Zeitz， Mehdi Madanchi， Irina Tcymbarevich， Michael Fried，Gerd A. Kullak-Ublick，Stephan R. Vavricka， Benjamin Misselwitz，Klaus Seuwen，Carsten A. Wagner，Jyrki J. Eloranta，Gerhard Rogler， and Pedro A. Ruiz.Hypoxia Positively Regulates the Expression of pH-Sensing G-Protein-Coupled Receptor OGR1 （GPR68）[J].Cell Mol Gastroenterol Hepatol.，2016 Nov; 2（6）：796-810

[7]崔恒祥.黏附蛋白GPCRGPR126在血管新生及结肠癌发生发展中的功能和机理研究[J]上海：华东师范大学生命科学学院，2011.10

[8]张隆.GPCRC5A在结直肠癌中的功能和机制研究[D]上海：华东师范大学生命科学学院.2014.10

[9]柴世权.G蛋白偶联雌激素受体（GPER）在小肠缺血再灌注损伤中的保护作用及其机制[D].山东：山东大学基础医学院，2018.5.17