G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)是一類高度保守的膜整合蛋白的超家族，目前已經(jīng)報(bào)道了近2 000種不同的GPCR,它廣泛存在于包括真菌到哺乳動(dòng)物在內(nèi)的有機(jī)體中，大量的細(xì)胞外信號(hào)(如光線、氣味、激素、神經(jīng)遞質(zhì)等)，正是通過(guò)這類受體而傳入細(xì)胞內(nèi)。G蛋白偶聯(lián)的跨膜受體的結(jié)構(gòu)特征是具有7個(gè)跨膜α螺旋。這是所有GPCR唯一共有的結(jié)構(gòu)特征，也是GPCR的識(shí)別特征。此外，根據(jù)同源性可把GPCR分為三類:A受體家族包括視紫質(zhì)/β腎上腺素受體,B受體家族包括降鈣素受體、血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ) 1型受體(AT1R),C受體家族包括γ-氨基丁酸受體、鈣離子和谷氨酸鹽受體。GPCR是人類基因組中最大的膜蛋白家族，約包含800～1 000個(gè)成員，在視覺、嗅覺、味覺及神經(jīng)傳遞等人體各項(xiàng)生理代謝活動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用,因此成為藥物研究與開發(fā)的熱點(diǎn)靶標(biāo)。AngⅡ是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)中最具生物活性的由8個(gè)氨基酸組成的小分子肽，它主要通過(guò)與AT1R結(jié)合發(fā)揮作用，AT1R屬于B類GPCR。近年對(duì)AT1R下游信號(hào)通路的研究有了重要進(jìn)展。

AT1R的G蛋白信號(hào)通路與β-arrestin信號(hào)通路

傳統(tǒng)概念中，AT1R被AngⅡ激活后，其偶聯(lián)的G蛋白α亞基與β、γ亞基解離而活化，活化的G蛋白亞基調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶和離子通道等，信號(hào)逐級(jí)放大，調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，即G蛋白信號(hào)通路。

后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，同其他GPCR一樣，在AT1R的C端存在β-arrestin特異性結(jié)合域[1]。 β-arrestin是細(xì)胞內(nèi)重要的調(diào)控蛋白(主要包括β-arrestin 1和β-arrestin 2)，對(duì)絕大部分GPCR介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具有調(diào)節(jié)作用。當(dāng)AT1R被激活后，募集β-arrestin到其特異性結(jié)合域。這一過(guò)程中，β-arrestin被認(rèn)為是G蛋白信號(hào)通路的抑制劑，促使AT1R與G 蛋白解偶聯(lián),并結(jié)合網(wǎng)格蛋白參與AT1R內(nèi)吞、脫敏及降解[2，3]。

Ahn等[4]研究認(rèn)為，β-arrestin作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了過(guò)去認(rèn)識(shí)到的GPCR“解偶聯(lián)劑”、誘導(dǎo)GPCR內(nèi)吞等，而是作為接頭蛋白，與下游信號(hào)分子形成復(fù)合物，以非G蛋白方式激活下游信號(hào)分子，即β-arrestin依賴的信號(hào)通路。β-arrestin與其特異性結(jié)合域的結(jié)合介導(dǎo)了其對(duì)AT1R的三方面作用：(1)促進(jìn)AT1R與 G蛋白解偶聯(lián)，中止 G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；(2)作為支架蛋白，募集胞吞蛋白，誘導(dǎo)AT1R內(nèi)吞；(3)作為接頭蛋白，與下游信號(hào)分子形成復(fù)合物，以β-arrestin依賴的信號(hào)通路方式激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，如促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)、Src蛋白酪氨酸激酶和Akt等。

因此，AT1R的下游是兩條信號(hào)通路：一條通路是G蛋白信號(hào)途徑[5]。另一通路則是β-arrestin細(xì)胞信號(hào)通路[5,6](圖1)。

圖1 AT1R的G蛋白通路與β-arrestin通路

β-arrestin介導(dǎo)信號(hào)通路不同于G蛋白依賴性信號(hào)通路，它依賴于GPCR和β-arrestins相互作用的親和力，該親和力又依賴于由GPCR激酶(GRKs)引起的GPCR磷酸化的程度。AT1R，B類GPCR有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，和β-arrestin1/2都有高的親和力，在漿膜和胞內(nèi)體膜持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間[7]。

Tohgo等[8]還發(fā)現(xiàn)，這兩條信號(hào)通路的下游信號(hào)均有細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)參與，但ERK的去向不同，即G蛋白信號(hào)下游ERK轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，β-arrestin下游ERK則留在胞質(zhì)中。兩者所引起的生物學(xué)效應(yīng)也不同，如G蛋白依賴性ERK信號(hào)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大，而β-arrestin依賴性ERK信號(hào)促進(jìn)心肌細(xì)胞增生[9]。且β-arrestin1和 β-arrestin2對(duì) AT1R活化的ERK信號(hào)存在明顯差異，β-arrestin 1以負(fù)調(diào)控的方式對(duì)抗β-arrestin2對(duì)ERK的活化。研究表明在血管緊張素系統(tǒng)里，β-arrestin1 siRNA 刺激可增強(qiáng)由β-arrestin2 依賴性機(jī)制引起的 ERK 活性，表明在生理水平，β-arrestin1 可能作為抑制劑引起β-arrestin2依賴性 ERK活化的減弱[10]。

G蛋白依賴ERK具有明確的核功能，但β-arrestin依賴ERK并無(wú)典型的核功能(因?yàn)榱粼诎|(zhì)中)，其具體的下游靶點(diǎn)還未知，有研究報(bào)道轉(zhuǎn)錄信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子與激活子3 (STAT3)可能是β-arrestin-ERK的具有核功能的下游因子[11]。

AngⅡ與SII-AngⅡ /TRV120027

配體刺激G蛋白和(或)β-arrestin信號(hào)的差異，最終決定了GPCR的配體特異性細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)。能激活β-arrestin信號(hào)的配體稱為β-arrestin偏愛性配體。β-arrestin偏愛性配體使我們能夠獨(dú)立研究β-arrestin通路準(zhǔn)確的生物學(xué)作用。

AngⅡ含8個(gè)氨基酸，是無(wú)偏向性的全覆蓋的雙通路激活劑。AngⅡ的第4位酪氨酸(Tyr4)和第8位苯丙氨酸(Phe8)是AT1R-G蛋白依賴信號(hào)所必需的。如果將第4位或第8位氨基酸改變，則特異性激活A(yù)T1R-β-arrestin依賴信號(hào)通路。 SII-AngⅡ是AngⅡ的修飾多肽，使AngⅡ第4位酪氨酸及第8位苯丙氨酸均變?yōu)楫惲涟彼?，SII-AngⅡ是AT1R的β-arrestin偏愛性配體[12],它可在缺乏G蛋白激動(dòng)劑的情況下引發(fā)β-arrestin的信號(hào)，如激活ERK[13,14]。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，SII-AngⅡ作用于G蛋白位點(diǎn)突變的AT1R也能引發(fā)β-arrestin的募集和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[13]，而用RNA干擾技術(shù)沉默β-arrestin2基因會(huì)消除SII- AngⅡ介導(dǎo)的β-arrestin信號(hào)[14]。這些研究結(jié)果證實(shí)SII- AngⅡ引發(fā)的β-arrestin信號(hào)不依賴于G蛋白。Christensen等[15]報(bào)道，SII-AngⅡ和AngⅡ?qū)е碌腁T1R磷酸化中有36%磷酸化位點(diǎn)重疊，有部分位點(diǎn)(58/1183)只通過(guò)SII調(diào)控，而不通過(guò)AngⅡ。Kendall等[16]使用gel-based 磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析AngⅡ和SII誘導(dǎo)的信號(hào)，共檢測(cè)到34個(gè)磷酸化蛋白，其中有16個(gè)為SII所特異，8個(gè)為AngⅡ所特異，提示β-arrestin通路在AT1R信號(hào)中可能起著重要作用。Rajagopal等[17]在離體心肌細(xì)胞上觀察到，SII-AngⅡ激動(dòng)的β-arrestin信號(hào)可改善心肌正性收縮力。Zhai等[18]應(yīng)用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，在小鼠心臟內(nèi)過(guò)量表達(dá)不結(jié)合G蛋白的突變型AT1R后，心肌細(xì)胞纖維化和凋亡均減少，證明SII-AngⅡ產(chǎn)生的心肌保護(hù)作用的確是由β-arrestin介導(dǎo)的。

TRV120027(Sar-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-D-Ala-OH)是AngⅡ衍生多肽， 也是AT1R的β-arrestin選擇性激動(dòng)劑[13,19],SII-AngⅡ與TRV120027都可降低血壓，增強(qiáng)心肌細(xì)胞收縮性，增加心肌細(xì)胞績(jī)效，降低心臟纖維化[13,20]。TRV120027還能改善心功能[19]，是第一個(gè)用來(lái)治療急性心力衰竭的選擇性激動(dòng)劑。

β-arrestin信號(hào)通路與腎臟纖維化

β-arrestin信號(hào)通路是否參與腎臟纖維化，目前尚無(wú)報(bào)道。我們自己的研究顯示，在AngⅡ刺激后，用siRNA下調(diào)β-arrestin1和(或)β-arrestin2表達(dá)能使腎臟成纖維細(xì)胞的Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白和纖維連接蛋白表達(dá)下降，提示β-arrestin參與腎臟纖維化(未發(fā)表資料)。進(jìn)一步，我們對(duì)于β-arrestin信號(hào)下游也進(jìn)行了部分研究，AngⅡ能誘導(dǎo)ERK和 STAT3活化，ERK活化出現(xiàn)在STAT3活化之前，下調(diào)β-arrestin則抑制ERK和 STAT3活化，β-arrestin和STAT3結(jié)合，形成免疫共沉淀復(fù)合物,提示STAT3可能是ERK的下游核轉(zhuǎn)錄因子(未發(fā)表資料)。Lovgren等[21]對(duì)肺纖維化的研究結(jié)果也與我們的研究結(jié)果相似，在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的鼠肺纖維化模型中，敲除β-arrestin1或β-arrestin2可減少死亡率，抑制肺基質(zhì)沉積，提示β-arrestin信號(hào)參與肺纖維化。這與SII-AngⅡ及TRV120027在心臟的研究結(jié)果完全不同，究其原因，可能有這樣幾種可能：(1)β-arrestin通路具有器官特異性，造成心臟、肺、腎臟研究結(jié)果的不同；(2)在用基因敲除或siRNA沉默技術(shù)干擾β-arrestin信號(hào)的同時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)G蛋白的活性，上述肺纖維化結(jié)果及我們的腎纖維化研究結(jié)果可能是β-arrestin信號(hào)衰減引發(fā)的，也可能是G蛋白信號(hào)延長(zhǎng)引發(fā)的；(3)我們的研究中使用的是Ang Ⅱ作為刺激物，而不是SII-AngⅡ及TRV120027，所得出結(jié)果可能是G蛋白通路和β-arrestin信號(hào)通路相互平衡后的最后結(jié)果，而非β-arrestin信號(hào)通路的真實(shí)情況。我們會(huì)在后續(xù)的研究中，利用β-arrestin信號(hào)通路偏愛性配體、β-arrestin基因沉默及β-arrestin-/-細(xì)胞和小鼠進(jìn)行研究，以期獲得準(zhǔn)確結(jié)論。

總結(jié)與期望

Ang Ⅱ主要通過(guò)與AT1R 結(jié)合發(fā)揮作用，AT1R下游信號(hào)通路除了已認(rèn)識(shí)的G蛋白信號(hào)途徑，還有另一重要通路，即β-arrestin細(xì)胞信號(hào)通路。以往未對(duì)兩信號(hào)通路區(qū)別研究，而AT1R-β-arrestin信號(hào)通路的作用尚不清楚。β-arrestins在各器官病變中的機(jī)制研究還很欠缺，且其是否參與腎臟纖維化尚無(wú)報(bào)道，需要我們更深入的研究，如β-arrestins依賴性信號(hào)通路和G蛋白依賴性信號(hào)通路的不同效應(yīng)，β-arrestin1和β-arrestin2的不同作用，β-arrestins在各器官中的不同調(diào)控，其中涉及到多種信號(hào)分子轉(zhuǎn)導(dǎo)通路間的差別等研究?，F(xiàn)已明確β-arrestins代表細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的一重要交叉點(diǎn)，使其成為實(shí)驗(yàn)和治療的誘人的靶點(diǎn),β-arrestins選擇性激動(dòng)劑是后續(xù)研究的最有希望的策略。β-arrestin偏向性配體的臨床應(yīng)用取決于其引發(fā)的β-arrestin信號(hào)參與的治療作用，這將是優(yōu)化設(shè)計(jì)各種GPCR偏向性配體藥物的方向，即利用配體的偏向性，“揚(yáng)長(zhǎng)避短”，激動(dòng)可產(chǎn)生或提高療效的信號(hào)，抑制產(chǎn)生不良反應(yīng)的信號(hào)，以期開發(fā)出高療效、低毒性的藥物。

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