孤儿受体GPR88在相关疾病中研究进展

2021-12-29邵汉瑞邹英鹰阮永华

昆明医科大学学报 2021年7期

曾迪，邵汉瑞，邹英鹰，阮永华

（昆明医科大学基础医学院病理与病理生理系，云南昆明 650500）

G蛋白偶联受体，也称为七跨膜结构域受体，人类基因组中最大的一组信号蛋白至少有800个成员[1]。其中约有一半是嗅觉受体并且具有高表达和广泛的生理功能[2]。大量A类视紫红质家族受体被称为“孤儿受体”，并且大多数没有已知的配体，因此它们已被公认作为治疗靶点的最大来源[3]。根据氨基酸序列的相似性，其中GPR88属于类视紫红质样受体类同时对GPCR关键残基的分析显示GPR88与C类GPCR聚类，包括代谢型谷氨酸和γ-氨基丁酸受体[4]。最近的一项研究将GPR88与视紫红质家族联系起来，并提示受体可能与11-顺式-视黄醛相互作用[5-6]。

1 GPR88结构及分布

GPR88在人类的染色体区域中位于1p21.3和3G1，以及大鼠的染色体区域中位于2q41，这2种受体的同源性为86%，具有384个氨基酸的开放阅读框[7]。此外GPCR都具有相似的跨膜结构，其肽链由N末端、C末端、7个跨膜α螺旋、3个胞外环及3～4个胞内环组成。其中N端和胞外环在细胞外，7个跨膜的α螺旋反复穿过细胞膜的脂质双分子层，C端和胞内环在细胞内[8]。通过PRED-COUPLE 2.00软件马尔可夫模型预测GPR88将特异性G蛋白偶联，它除7个特征性跨膜结构域外，还具有1个N端糖基化位点和5个潜在的蛋白激酶C磷酸化位点的共有序列[9-10]。在最初的报道中，在胚胎期第16天纹状体中检测到GPR88蛋白，从胚胎期第16天到成年，在纹状体、嗅结节、伏隔核、杏仁核和新皮质中观察到GPR88蛋白质和mRNA的表达水平最高，而在脊髓、脑桥和髓质GPR88表达保持离散，在皮质层压期间GPR88在细胞内重新分布[11-12]。除中枢神经系统外，GPR88在外周组织肾上腺皮质和耳蜗神经节中高水平瞬时表达，视网膜和脾脏中度水平的表达[13]。

2 GPR88激动剂

由于GPR88缺乏内源性配体，GPR88信号传导途径很不清楚。因此开发有效和选择性合成配体作为药理学探针来阐明GPR88在人类疾病中的生理作用和治疗潜力尤其重要。目前仅鉴定和报道了GPR88激动剂，主要有2种化学型：2-PCCA和2-AMPP[14-16]。

2.1 2-PCCA

2-PCCA是第一个有效的小分子GPR88激动剂，在表达GPR88的细胞中由GPR88介导浓度依赖性方式抑制异丙肾上腺素刺激的cAMP积聚。在表达GPR88的细胞中不诱导钙动员，这表明GPR88与Gi偶联[17]。结构-活性关系（SAR）研究表明，2-PCCA的苯胺部分适用于各种修饰的合适位点，Jin等[16]已经设计并合成了一系列在苯胺部分的苯环上带有各种取代基的类似物，并显示出有改善的或相当的效力，但具有比2-PCCA更低的亲脂性。体内研究表明，2-PCCA（0.1～3.2 mg/kg）剂量依赖性地降低大鼠的运动活性，并且当与1.0 mg/kg甲基苯丙胺组合研究时，也剂量依赖性地降低甲基苯丙胺诱导的活动过度。但未能阻断甲基苯丙胺的行为影响，包括改变甲基苯丙胺诱导的活动过度和辨别力刺激效应[18]。2-PCCA为进一步优化探测GPR88体内功能提供了基础。

2.2 2-AMPP

2-AMPP为代表另一种GPR88激动剂的化学型也被发现，并且设计出了一系列新的2-AMPP结构相关的4-羟基苯甘氨酸和4-羟基苯基甘氨酸衍生物来评估GPR88的激动剂活性。JIN等[17]为了获得2-AMPP高效力的SAR信息，在胺基（位点A）和酰胺帽（位点B）处合成了一系列具有结构修饰的类似物。其中位点A与羟基的交换导致效力增加2倍，并且和受体之间的氢键/静电相互作用可能有助于激动剂活性。2-AMPP中的位点A可被叠氮化物、羟基、酯和酰胺基团取代，产生具有良好至中等效力的类似物。位点B上的苯基对活性至关重要，可能是由于与受体形成芳香堆积相互作用。然而，苯环上的取代具有有限的尺寸，形状和电子耐受性[16]。2-AMPP类似物将有助于改进模型并探索用于优化的结构特征和评估受体特异性的研究。

3 GPR88与相关性疾病

3.1 GPR88与高血压

高血压（high blood pressure，HBP）是一种以体循环动脉血压收缩压（systolic blood pressure，SBP）大于或等于140 mmHg，和或者是舒张压（diastolic blood pressure，DBP）大于或等于90 mmHg为特征的慢性疾病。尽管有几种治疗方法但仍保持较高的死亡率，这表明该病理学中还涉及其他机制[19-20]。GPR88表达在主动脉中较低但是在左心房具有显著的高表达。研究表明，GPR88存在于动脉压调节的重要组织中，在HBP中观察到心脏中的Gi偶联受体介导的信号传导产生负性变性和负性变力，使得右心房和右心室倾向于降低表达，而在心房中它倾向于增加表达。因此这种受体在心脏区域倾向于减少可能有利于血压的增加[7,21-22]。另外，GPR88在肾脏中过表达通过Gi信号传导使得肾素分泌增加试图避免肾脏水平的损伤[23]。因此HBP模型大鼠的血浆肾素水平增加，也许受这种受体过度表达调控，不排除这种受体可能具有代偿作用[7]。

3.2 GPR88与酒精使用障碍

酒精使用障碍（alcohol use disorders，AUDs）是慢性复发性疾病，其特征是过量饮酒和失去对消费的控制，并且对个人的健康和生产力产生显著影响[24-25]。酒精作为一种复杂的药物，在神经生物学水平上可以改变多个分子靶点的活动，并引发神经网络中基因表达和突触可塑性的广泛变化，负责奖励，情绪和决策[26-27]。小鼠中的GPR88基因敲除导致酒精寻求和服用行为增强，低的酒精诱导的条件性位置偏好与伏隔核（nucleus accumbens，NAc）中酒精对细胞外多巴胺水平的增加有关，这表明在突变小鼠中酒精奖励减少。研究扩展到更广泛的成瘾线路，在活体动物中使用静息状态功能磁共振成像（Rs-fMRI），最终证明了在有风险的个人中，活体敲除小鼠的中脑皮质边缘电路内功能连接的改变，其模式与观察到的网络改变存在相似[28]。

3.3 GPR88与焦虑

焦虑症（Anxiety disorders）是世界范围内最常见的、复杂的精神疾病，全球终生患病率约为16%，对受教育程度和随后疾病的风险产生重大影响[29]。前期文章报道GPR88在参与调节焦虑的央杏仁核（central amygdaloid nucleus，CeA）、纹状体腹侧、纹状体末端前核和外侧隔膜中表达[30]。GPR88基因敲除小鼠改变了神经元树突棘形态，以及CeA区域的基因转录活性和多巴胺水平[31]。另外，Meirsman等[31]确认GPR88基因敲除小鼠中的焦虑水平显着降低，包括高架十字迷宫，大理石埋藏和新奇抑制喂养，这表明GPR88对焦虑样行为的潜在影响。在有条件敲除A2AR-GPR88基因小鼠中发现表达D2R但不表达D1R的多棘神经元GPR88 mRNA含量减少，并且行为测试显示新奇偏好和新颖抑制摄食没有变化，但是在总GPR88 KO小鼠中新奇偏好增加和新颖抑制摄食减少，表明在A2AR神经元中表达的GPR88增强了类似于行为焦虑的行为，而不会影响冲突焦虑[32]。因此，GPR88阻断可以作为治疗焦虑相关疾病的新靶点。

3.4 GPR88与精神分裂症

精神分裂症（schizophrenia，SZ）最初被 Kraepelin等人称为老年痴呆症，是一种复杂的多因素依赖性的精神障碍疾病，全世界的终生患病率约为0.4%[33-34]。Meloni[25]进行的遗传研究显示南非科萨人三联体中GPR88和精神分裂症（schizophrenia，SZ）之间存在正相关关系。GPR88基因敲除小鼠惊吓前激素反应（PPI）的中断抑制行为和对兴奋剂的敏感性增加，包括阿扑吗啡直接刺激多巴胺D2受体的敏感性增加诱导的攀爬和刻板症（apomorphine-induced climbing and stereotypy，AICS），及安非他明通过增加细胞外多巴胺水平间接刺激增加活动[35]。这些行为的通常是精神分裂症中出现的阳性症状，表明GPR88基因敲除小鼠增强了这些异常的精神分裂样行为。GPR88基因敲除小鼠使用高剂量D2受体拮抗剂（氟哌啶醇或利培酮）进行抗精神病药物治疗可使兴奋剂超敏反应恢复到对照水平，改善PPI缺陷并阻断AICS，并且GPR88基因启动子区甲基化水平与精神分裂症症状存在显著相关[35-36]。使用苯环利定（PCP，非竞争性NMDA受体拮抗剂）诱导精神分裂症样行为大鼠模型，并且敲除伏隔核（nucleus accumbens，NAcc）中的GPR88抑制苯环利定诱导的过度运动并减少这种精神分裂症模型中社会新奇辨别的损害[37]。纹状体GPR88基因表达的异常增加了纹状体谷氨酸受体磷酸化和改变GABA受体组成，增强D1R和D2R的表达使得体内中型多棘神经元释放速率增加[38]。这些GPR88遗传失活的小鼠中通过重新表达纹状体GPR88融合蛋白，小鼠过度活动，运动协调能力差，基于线索的奖励学习受损以及获得视觉或听觉线索的缺陷均有所恢复，表明GPR88功能在纹状体中的重要性[38]。人类儿童时期，8～9岁期间GPR88中的纯合有害突变（p.C291X）出现明显的与GPR88基因敲除小鼠的损伤相一致的言语延迟和学习障碍[39]。所有结果证实了GPR88可以调控在神经精神疾病中相关行为，并且GPR88在调节纹状体谷氨酸能系统和多巴胺能系统发挥的重要作用。

3.5 GPR88与运动障碍

运动障碍（movement disorders）是一组异质性疾病，其特征是异常运动过多（运动机能亢进）或缺乏正常运动（运动功能减退），表型十分复杂并且许多运动障碍疾病没有可用于帮助诊断的生物标志物[11]。GPR88在基底神经节神经元系统的输入回路中表达，其中在纹状体中型多棘神经元（medium spiny neurons，MSNs）的直接和间接途径即D1或D2多巴胺受体（D1R和D2R）中高度表达。中型多棘神经元网络控制着自主运动，运动学习，运动计划和决策等基底神经节功能。GPR88基因敲除小鼠在新环境中表现出非适应性活动过度和旋转性运动障碍[38]。并且纹状体中型多棘神经元也接受多巴胺能和增加谷氨酸能信号输入调节[40-41]，多巴胺能和谷氨酸能信号传递通路与帕金森病，亨廷顿病，多动症以及神经精神疾病的病因和治疗密切相关[42-44]。应用6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导帕金森病的大鼠模型，GPR88表达受到差异调节，在纹状体中GPR88 mRNA表达减少但是在纹状体MSN中GPR88 mRNA表达增加。此模型中D1受体激活对纹状体通路中的GPR88表达产生积极影响，D2受体激活控制黑质纹状体通路中的GPR88表达。用L-DOPA治疗的多巴胺替代逆转了GPR88表达变化[45]。GPR88基因敲除负性调节DARPP-32的表达，DARPP-32作为纹状体控制多巴胺受体中型多刺神经元内在标记物的功能蛋白[46]。脑免疫组织化学染色也证实在GPR88基因敲除小鼠中磷酸化DARPP-32显著升高，表明GPR88的缺失可以通过DARPP-32改变纹状体功能，以及苯丙胺刺激的运动活动的敏感性增加[35]。这些结果充分表明GPR88调节运动功能。人类突变体Huntington基因的亨廷顿病在BACHD小鼠模型的研究表明，纹状体神经元中GPR88表达含量降低并且伴随着纹状体中型多棘神经元的高兴奋性[42]。因此，GPR88激动剂的探索可能通过增加GPR88表达并且降低中型多棘神经元高兴奋性来有效治疗亨廷顿病。在人类中GPR88 突变纯合子患者与亨廷顿病有关，同时证实了在 GPR88 基因敲除小鼠中观察到现象，进一步发现GPR88 在人类运动控制和学习中的作用[39]。总之，GPR88在基底神经节运动功能中起重要作用，调节可能对帕金森病、亨廷顿病和其他相关运动障碍中的异常运动功能正常化有用。