G蛋白偶联受体激酶4的生物学特性及其研究进展①

李佳雨，蒋晓山

(桂林医学院，广西 桂林 541199)

G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases，GRKs)属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族，通过磷酸化配体激活的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors，GPCRs)和非GPCR底物参与组织更新、神经传导、心血管和呼吸道平滑肌调节、水钠平衡、激素代谢等细胞生理和病理活动[1]。迄今为止在哺乳动物中发现7个GRK成员，分为3个亚家族：①GRK1亚家族：也称为视紫红质激酶亚家族，包括GRK1和GRK7，特异性地分布于视网膜。②GRK2亚家族：又称β-肾上腺素能受体激酶亚家族，包括GRK2和GRK3。③GRK4亚家族：包括GRK4、GRK5和GRK6[1]。与GRK 2/3/5/6的组织广泛性分布不同，GRK4仅在睾丸、脑、肾和卵巢颗粒细胞等有限表达，是唯一具有4个剪接变异体的GRK分子。GRK4参与黄体生成素(LH)、卵泡刺激素(FSH)、代谢型谷氨酸(mGlu)、γ氨基丁酸B(GABAB)、多巴胺D1/D3和I型血管紧张素(AT1)等受体的脱敏(desensitization)[2-3]、以及原发性高血压的发病和细胞增殖调控等重要的病理生理过程[4]。GRK4是迄今了解最少的GRK分子。笔者就近年来GRK4表达调控、生物学功能及其病理生理学作用等研究进展进行综述。

1 GRK4的结构与分布

7个GRK成员均含有约185个氨基酸的氨基(N)端、105～230个氨基酸的羧基(C)端和之间的约270个氨基酸的激酶结构域。GRK4基因于1992年自4p16.3染色体的亨廷顿病区分离而得，全长约75 kb，包括16个外显子，于第2(96个碱基)和第15(138个碱基)外显子处发生可变剪接，产生4种亚型[2]：① GRK4α，即全长型，578个氨基酸。②GRK4β，缺失外显子2 546个氨基酸。③GRK4γ，缺失外显子15 532个氨基酸。④GRK4δ，缺失外显子2和15，500个氨基酸(图1)。

图1 GRK4的结构及可变剪接示意图

GRK4的结构与GRK2类似，包括RH结构域与激酶区C端形成一个酸性界面、激酶N端和RH结构域表面则显碱性，在溶液中为Kd>12 μm的单体分子[5]。与GRK2/3/5/6的广泛性组织分布不同，GRK4仅有限表达于睾丸、小脑、肺、子宫肌层、肾近曲小管和卵巢等组织(TheHumanProteinAtlas，https：∥www.proteinatlas.org/ENSG00000125388-GRK4/tissue)。GRK4能够发生棕榈酰化修饰，过去认为它是膜蛋白[2]，但最近报道显示，GRK4主要分布在细胞质[6-7]，其亚细胞分布及棕榈化修饰的意义还不清楚。

2 GRK4基因表达的调控

GRK4的转录由一个无TATA框的启动子驱动，核心启动子位于5′未翻译区前1 851～275 bp之间，远端293 bp区含有一个强效顺式作用元件，其转录活性在COS7、Saos-2和HEK293细胞中各不相同，提示GRK4基因的表达调控机制呈细胞特异性[8]。在人肾近曲小管细胞(RPTCs)中，c-Myc通过结合GRK4的启动子，正性调控GRK4基因表达[9]。在小脑细胞中，RNA结合蛋白FMRP通过RGG盒与GRK4 mRNA结合，在翻译水平上负性调控GRK4的表达[10]。

3 GRK4在高血压发病中的作用

多巴胺受体属于视紫红质家族的GPCR，是控制肾小管钠排泌的旁分泌物质，分为D1亚型(D1和D5)和D2亚型(D2、D3和D4)。在肾脏，GRK4和蛋白磷酸酶2A协同作用维持多巴胺D1受体(D1R)的磷酸化和去磷酸化水平的平衡和近曲小管的正常排钠功能。在RPTC中GRK4α或GRK4γ组成型磷酸化D1R，通过类泛素蛋白样(SUMO)修饰调控GRK4与受体之间的相互作用[11]。此外，长期暴露于细颗粒物(PM2.5)的SD大鼠肾脏近曲小管的GRK4表达增高、D1R表达降低，下调GRK4则逆转D1R的表达和受损功能[12]，提示环境PM2.5影响肾脏GRK4和D1R的功能。

GRK4γ的R65L、A142V和A486V 3个SNPs位点变异与原发性高血压密切相关[4]。GRK4γ142V转基因小鼠的肾脏近曲小管的D1R磷酸化水平升高，钠重吸收增强，发生钠潴留和高血压；GRK4γ486V小鼠的血压对高盐饮食敏感，肾组织NOX2、HO-2和ROS水平升高，而SOD和NOS则降低，表明486V变异者在高盐饮食下易诱发肾脏抗氧化功能受损和高血压[13]。

GRK4γ142V影响血管紧张素Ⅱ-1型受体(AT1R)的表达及活性。一方面，表达GRK4γ142V的胚胎胸主动脉平滑肌细胞对AT1R蛋白的降解和磷酸化水平低于GRK4γ野生型细胞，GRK4γ142V转基因小鼠主动脉平滑肌细胞的AT1R表达与血压及对血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂坎地沙坦的敏感性均高于GRK4γ野生型小鼠。另一方面，GRK4γ142V通过磷酸化I型组蛋白去乙酰化酶增加肾脏AT1R的表达与活性，阻断AT1R信号或删除I型血管紧张素Ⅱ受体基因Agtr1a则使GRK4γ142V小鼠的高血压恢复正常[5，14]。目前尚不清楚GRK4是否能够与血管中的AT1R相互作用、以及这种相互作用是否直接参与了血压调节。

Meta分析显示，GRK4基因的rs1024323位点与白种人高血压的病因有关，但与东亚人和非洲人无关[15]。非裔美国人以GRK4γ R65L/A142V/A486V变异的数量与盐排泄量呈负相关[16]。对韩国儿童的研究发现，GRK4γ486V儿童对高盐饮食较敏感，其肥胖风险明显增加[17]。

4 GRK4在抗高血压治疗中的作用

高血压大鼠以超声靶向微泡破坏(UTMD)技术递送siRNA敲降肾近曲小管细胞GRK4，显示D1R的磷酸化水平恢复、尿钠排泄增加和血压下降[18]。Rayner等前瞻性研究发现，GRK4、R65L和A142V的纯合子双变异高血压患者较只有1个变异或杂合子/野生型R65L、A142V和A486V等位基因携带者需要更大剂量的利尿剂治疗[19]。最近，一项312名高血压患者(72名为GRK4γ野生型、240名为GRK4γ R65L/A142V/A486V变异型)参与的研究发现，携带变异基因的患者较野生型患者对氯沙坦治疗更敏感，以A142V患者最明显[20]。另一组日本人群(男408人，女666人；高血压588人，血压正常486人)的研究，同样显示血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(坎地沙坦、氯沙坦、替米沙坦或缬沙坦)对GRK4γ142V携带者的收缩压降压效果明显，而对A486V患者的降压效果则差得多[21]。这些研究表明，GRK4基因多态性测定有助于指导原发性高血压患者的个体化降压治疗。

5 GRK4在细胞增殖与肿瘤中的作用

GRKs调控多种肿瘤的发生和发展。在卵巢颗粒细胞肿瘤中，GRK4α/β水平降低，而GRK4γ/δ升高，提示GRK4基因的可变剪接可能参与卵巢肿瘤的病理过程[22]。采用识别GRK4α/β的抗体以免疫组化方法对78例乳腺癌组织的GRK4表达进行检测，结果30例呈强染色(38.5%)，26例弱染色(33.3%)，22例未染色(28.2%)[23]，GRK4可能通过激活ERK1/2和JNK信号通路促进乳腺癌MCF-7细胞的增殖[23]，敲低GRK4的表达则抑制MCF-7细胞生长[24]。

另外，外源性表达GRK4α抑制HEK293细胞的增殖，细胞发生G0/G1期周期阻滞和衰老样表型改变，伴随Cyclin A2/D1、CDK2/4/6基因表达下调和p16ink4a、p27kip1基因表达上调[7]。蛋白质组学分析显示98种涉及细胞发育、增殖、凋亡和衰老的蛋白质表达有差异[25]。GRK4可能以p53非依赖方式抑制细胞生长和诱导细胞衰老[7，25]。

GRK4是GRK家族中迄今了解最少的分子。GRK4对肾脏多巴胺受体及AT1R信号调节失衡是原发性高血压的发病机制之一。新近研究揭示了多个GRK4 SNPs位点与高血压药物治疗的效果有关。同时发现GRK4在细胞增殖、分化和死亡信号调控中具有重要作用，这有待于深入研究。