G蛋白偶联受体在眼科疾病发生发展过程中的调控作用△

魏慧霞 郝一宪 吴姗姗 於亭 毕宏生 郭大东

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCR)是一类具有7个跨膜螺旋的跨膜蛋白受体、包含800多种蛋白的膜蛋白超家族，是人类基因组中最大的细胞表面受体家族[1]。研究证实，GPCR通过与相应配体结合来调节多种细胞功能，并调控多种生物学过程，特别是在认知功能[2]、心血管功能[3]和癌症的发生与发展[4]过程中发挥重要作用，GPCR已成为许多重要药物的治疗靶标。越来越多的研究也表明，GPCR与眼科疾病发生发展密切相关。本文就GPCR在眼科疾病发生发展过程中的作用进行综述，为眼科疾病的病理机制研究及治疗提供思路。

1 GPCR与白内障

白内障是目前世界上最主要的致盲性眼病，发生率约占致盲眼病的48%[5]，并随年龄的增长而明显增加。晶状体上皮细胞是位于晶状体囊膜前表面的单层上皮细胞，是晶状体代谢最活跃的部位，它为晶状体的生长和分化提供能量，同时负责晶状体的损伤修复作用。研究发现，晶状体上皮细胞的凋亡与白内障的发生发展关系密切[6]。Dong等[7]研究证实，紫外线照射晶状体上皮细胞，可导致晶状体上皮细胞内小RNA分子let-7b的表达水平明显升高，且let-7b促进紫外线照射条件下的晶状体上皮细胞凋亡，而富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体4(leucine-rich repeat containing G protein-coupled receptor 4, Lgr4)是let-7b的直接靶标，let-7b可通过直接靶向调控Lgr4的表达诱导晶状体上皮细胞凋亡。此外，Zhu等[8]研究发现，Lgr4基因靶向缺失会降低大鼠晶状体上皮细胞对氧化应激的抵抗力，加快年龄相关性白内障的发生。上述发现为人们探索GPCR在白内障发病中的分子机制提供了新的思路。

2 GPCR与青光眼

青光眼是以视网膜神经节细胞变性为特征的一种疾病，与眼内压的增高有关。降低眼压是目前治疗青光眼的唯一有效方法[9]。

通过对原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma,POAG)患者视盘(optic nerve head,ONH)差异基因分析发现，与疾病相关的基因鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(G蛋白)α转导活性多肽2[the guanine nucleotide-binding protein (G protein) alpha-transducing activity polypeptide 2,GNAT2]表达下调，并且通过短波敏感视蛋白1与视黄醇结合蛋白3 (retinol-binding protein 3,RBP3)形成连锁。目前研究认为，GNAT2和RBP3可能共同调节POAG患者ONH基因的表达[10]。该生物信息学分析可用于鉴定POAG患者的ONH标记基因，并为开发该疾病新疗法提供分子基础。

褪黑激素受体是7次跨膜GPCR家族成员之一，其2个受体MT1和MT2存在于许多眼组织中[11]。这2种受体可介导视网膜和非色素性睫状体上皮中昼夜节律和神经内分泌过程的调节，从而调节眼内压[12]。Reyes-Resina 等[13]研究发现，多巴胺受体与MT1或MT2形成的异构体，与人体高眼压呈负相关。另有研究发现，糖皮质激素处理后的小梁网细胞内GPR158的mRNA和蛋白表达增加，而过表达GPR158可导致小梁网细胞屏障功能增强，进而导致眼压升高[14]。上述研究成果为青光眼患者治疗提供了新的方向。

3 GPCR与年龄相关性黄斑变性

视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)由脉络膜和神经视网膜之间的终末分化细胞构成，对视力维持起关键作用。RPE是机体进行免疫攻击时的保护屏障，对维持视网膜完整和功能正常具有重要作用[15]。年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)主要由RPE和视网膜退行性病变引起的，以患者出现不可逆性中心视力的下降或丧失为主要临床表现[16]。Figueroa等[17]认为，AMD白人易感关键因素可能与RPE色素沉着相关。GPR143是GPCR家族成员之一，主要表达于虹膜、RPE细胞及皮肤的黑色素细胞中，可发挥信号转导的作用。研究表明，GPR143基因突变与眼白化病有关[18]，L-多巴是GPR143的配体[19]。Figueroa等[17]发现，通过补充L-多巴或多巴胺可增强GPR143信号转导，延缓AMD的发病。此外，系统药理学研究发现，GPCR修饰的化合物可增加年龄相关性的蛋白质稳态，提高机体代谢功能，这为AMD药物治疗提供了可能[20]。

4 GPCR与视网膜疾病

4.1 GPCR与视网膜色素变性视网膜色素变性(retinitis pigmentosa,RP)是一组遗传性视网膜变性疾病，其特征是进行性感光细胞和RPE细胞功能障碍，导致患者的视力下降[21]。有研究认为，RP是由于蛋白质错误折叠导致的细胞代谢障碍和视锥视杆细胞功能逐渐丧失的遗传性疾病[22]。Mattle等[23]发现，通过改善受体折叠和使用药理伴侣蛋白可稳定视紫红质上GPCR蛋白突变体，进而延缓病情发展。

4.2 GPCR与Leber先天性黑曚Leber先天性黑曚(leber congenital amaurosis,LCA)是与Kir7.1基因突变有关的一种常染色体隐性遗传病，其病理变化以视网膜变性为主要特征[24]。Kir7.1是Kcnj13编码的2个跨膜结构域的钾离子通道[25]。在RPE细胞中，Kir7.1位于光感受器神经元附近的顶膜中，有助于离子内环境稳态[26]。Carrington等[27]研究发现，Kir7.1上L241P的突变会导致Kir7.1糖基化水平的显著降低。在HEK293T细胞中，GPCR介导的Kir7.1低糖基化水平虽然不会减少Kir7.1的表达数量，但会降低通道活性。这些结果表明，Kir7.1通道的糖基化程度对通道功能至关重要，而大多数GPCR抑制了细胞内糖基化活性。该发现为探讨LCA发病机制提供了新的思路。

4.3 GPCR与视紫红质代谢异常相关性眼病视紫红质是GPCR的原型成员，是有7次跨膜的GPCR，也是收集外部信息的主要成分，对视觉形成至关重要[28]。牛磺去氧胆酸(tauroursodeoxycholic acid,TUDCA)是一种天然的亲水性分子，由牛磺酸和TUDCA组成。研究发现，TUDCA对RP[29]、LCA[30]大鼠视网膜形态和功能恢复有积极作用。Lobysheva等[31]研究发现，TUDCA可与视紫红质上的GPCRα亚基转导蛋白C末端域特异性结合从而发挥作用，有助于视紫红质更广泛的影响视网膜生理，这可能会成为RP疾病的潜在治疗化合物。

Arrestins是由GPCR激活的独立信号分子，在GPCR的同源脱敏中起关键作用，并可调节细胞中其他一些重要的信号通路[32]。Arrestins有4种亚型，其中Arrestin-1在视锥和视杆光感受器细胞中高水平表达[33]。Arrestin-1的突变可减少该蛋白质的热稳定性并使其功能缺失，并通过未折叠的蛋白质应激促使光感受器细胞死亡。视觉Arrestin-1功能缺失性突变可使视紫红质信号过表达，进而导致夜盲症的发生。研究还发现，高水平的Arrestins可抑制视紫红质的过表达并抑制GPCR信号通路，降低眼病的发生率。因此，增加Arrestins的表达水平有可能成为治疗由GPCR信号通路过表达引起的相关眼病的潜在方法[32]。

5 GPCR与眼部炎性疾病

5.1 GPCR与葡萄膜视网膜炎CD97是表皮生长因子7次跨膜受体家族成员之一,属于B类GPCR。既往的研究表明,CD97可以参与肿瘤的分化、迁移、侵袭和转移过程。Eichler等[34]研究发现，CD97可通过RPE的血-视网膜屏障控制白细胞浸润。此外，CD97介导的信号转导可与PDGF-BB和IFN-γ协同调节细胞的生长和存活，确保在炎症条件下的细胞比例平衡。这些发现表明，RPE细胞上的CD97可调控葡萄膜视网膜炎症中白细胞活化和运输，同时调节第二信使介导的基因表达、细胞生长和存活，在葡萄膜视网膜炎的病理生理过程中发挥作用。

5.2 GPCR与角膜炎细菌性角膜炎会损害角膜的结构和功能，导致角膜瘢痕形成和穿孔[35]。血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)是神经递质的一种，存在于中枢神经和肠神经系统中。VIP由28个氨基酸组成，是由角膜副交感神经产生的一种内源性神经肽[36]。甲酰基肽受体2(formyl peptide receptor 2,FPR2)是GPCR家族的跨膜蛋白，而RvD1是FPR2配体之一[37]。Carion 等[37]研究发现，VIP可通过影响受感染角膜中的RvD1与FPR2回路，降低角膜细菌载量，下调促炎介质的表达，减少巨噬细胞浸润减少，从而防止角膜穿孔。

在HSV诱导的小鼠基质性角膜炎的研究中发现，阿司匹林触发的RvD1 可减少炎性细胞在炎症角膜的浸润，降低关键炎症细胞因子、趋化因子和促炎性miRNA的水平，抑制角膜新生血管形成，从而缓解角膜炎的炎症反应[38]。上述研究表明，GPCR在角膜炎的治疗中具有重要作用，或许可以成为治疗角膜炎的作用靶点。

6 GPCR与眼部肿瘤

6.1 GPCR与葡萄膜黑色素瘤葡萄膜黑色素瘤(uveal melanoma,UM)起源于葡萄膜黑色素细胞，是成人中最常见的原发性眼内恶性肿瘤。基因组研究表明GPCR信号内的突变与约98%的UM早期事件相关[39]。

GNAQ和GNA11可分别编码鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding proteins,G蛋白)的Gαq和Gα11，与G蛋白的β和γ亚基形成异源三聚体复合物，构成膜结合GPCR和细胞内信号转导级联之间的重要的中间体[39]。在UM肿瘤检测研究中发现，GNAQ和GNA11突变是互相排斥的，约44%的GNAQ和GNA11突变与UM发生有关[40]。它们的突变通常发生外显子5密码子209(exon 5 codon 209,Q209)上[41-42]。研究证实，约57%的GNA11 Q209突变见于UM转移灶，约7%的突变见于良性蓝色痣中；而约 83%的GNAQ Q209突变发生在良性蓝色痣中。与GNAQ相比，GNA11的突变与UM转移的风险更密切[41-42]。基因水平的研究成果为探索UM发病机制提供了新的视角，也为治疗UM提供了新的思路。

6.2 GPCR与视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,RB)占儿童发育期所得癌症的3%，是该时期最常见的眼内恶性肿瘤[43]。有研究发现，RB患者癌细胞的FASN基因敲除后，癌细胞的浸润性明显降低，且GPCR信号通路上有21个基因表达失调[44]，提示GPCR信号通路可能在RB发生中发挥重要作用。

综上所述，GPCR在眼科疾病的发生发展中发挥着重要作用。不同的眼病与GPCR上不同的基因、受体、通道有关。从不同维度深入探讨GPCR在眼科疾病发生发展中的作用，对阐释眼科疾病的病理机制具有重要作用，也可为眼科疾病的早期诊断和治疗提供新的分子标志物和作用靶点。