王 璐，陳 陽，宋瑤琳，邢曉明

G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物體普遍存在的一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。在經(jīng)典的G蛋白信號通路中，G蛋白通過與GPCR結(jié)合激活下游靶點(diǎn)，調(diào)控機(jī)體大多數(shù)生命活動。但也有不依賴GPCR即可激活G蛋白的一類蛋白質(zhì)，G蛋白信號調(diào)節(jié)蛋白1(G-protein signaling modulator 1, GPSM1)為該類蛋白之一。GPSM1是近年醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，研究顯示，GPSM1不僅參與調(diào)控有絲分裂、細(xì)胞自噬及膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，還與多種疾病密切相關(guān)，如食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)、前列腺癌(prostate cancer, PCa)、多囊腎疾病(polycystic kidney disease, PKD)及糖尿病等。本文對GPSM1的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，擬為GPSM1在疾病中的研究提供參考。

1 GPSM1的染色體基因定位及結(jié)構(gòu)

GPSM1又稱為G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活蛋白3(AGS3)，歸屬于G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白(AGS)家族[1]，于1999年由Takesono等[2]和Cismowski等[3]通過酵母基因篩選系統(tǒng)鑒定出來，并發(fā)現(xiàn)其可以以非受體依賴的方式激活異三聚體G蛋白信號。GPSM1起鳥嘌呤核苷酸解離抑制劑的作用，抑制鳥苷二磷酸從Gα亞基解離，并競爭性地阻止Gβγ亞基偶聯(lián)Gα亞基[4-5]。GPSM1由GPSM1基因編碼，位于染色體9q34.3上，包含14個外顯子，由650個氨基酸殘基組成，相對分子質(zhì)量為72 KDa，具有一個由7個四肽重復(fù)(TPR)序列和4個G蛋白調(diào)節(jié)因子(GPR)基序組成的模塊化結(jié)構(gòu)域[3,6]，兩者由中間的連接區(qū)域連接[7]。GPSM1定位于細(xì)胞胞質(zhì)，廣泛分布于肝臟、腎臟、心臟和胰腺等多種組織中[1, 8-9]。

2 GPSM1的功能及其與疾病的聯(lián)系

2.1 GPSM1的功能AGS家族成員中，GPSM1的功能最多樣化。GPSM1能夠調(diào)節(jié)有絲分裂紡錘體的方向、cAMP的產(chǎn)生、膜蛋白的運(yùn)輸和細(xì)胞的不對稱分裂，并涉及廣泛的系統(tǒng)及細(xì)胞功能(圖1)，包括對成癮和渴望行為的適應(yīng)性反應(yīng)、自噬、膜蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、新陳代謝、心血管功能、腎損傷、纖毛生物學(xué)、牙髓干細(xì)胞的成骨分化、囊腫生成、PKD、不對稱細(xì)胞分裂和免疫反應(yīng)[4, 7, 9-18]。

圖1 GPSM1生理功能示意圖

2.2 GPSM1與疾病

2.2.1GPSM1與腫瘤 GPSM1在ESCC、PCa和多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)中均表達(dá)異常，并與結(jié)直腸癌細(xì)胞自噬活動相關(guān)[4, 19-21]。

Shi等[19]采用免疫組化和Western blot法對85例ESCC中GPSM1的表達(dá)進(jìn)行檢測，并進(jìn)行了單因素和多因素生存分析，以確定其對預(yù)后的指導(dǎo)意義。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比：GPSM1在人ESCC組織中的表達(dá)顯著降低。單因素生存分析顯示，高表達(dá)GPSM1的ESCC患者生存期更長，其是影響患者總生存期的獨(dú)立預(yù)后因素。此外，雖然GPSM1在腫瘤細(xì)胞中的精確生物學(xué)功能尚未確定，但該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明GPSM1與ESCC的進(jìn)展和預(yù)后有關(guān)。GPSM1是ESCC中腫瘤細(xì)胞增殖的重要調(diào)控因子，可能是一種潛在的診斷生物學(xué)標(biāo)志物或食管癌潛在的診治靶點(diǎn)之一。

PCa是男性泌尿生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，早期患者給予雄激素剝奪治療，效果佳[22]。Adekoya等[20]采用Western blot法檢測GPSM1在人PCa細(xì)胞系中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)與正常前列腺上皮細(xì)胞系RWPE1相比，GPSM1在LNCaP、MDA PCA 2b和DU-145細(xì)胞中的表達(dá)水平均升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GPSM1在PCa細(xì)胞系中高表達(dá)促進(jìn)腫瘤生長，干擾GPSM1表達(dá)后則抑制腫瘤的進(jìn)展。與對照組相比，GPSM1的缺失促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活并上調(diào)雄激素受體(AR)的表達(dá)。研究結(jié)果顯示，GPSM1可通過MAPK/AR依賴的途徑調(diào)節(jié)PCa的進(jìn)程，推動PCa的發(fā)生。綜上所述，GPSM1的高表達(dá)促進(jìn)PCa的發(fā)展。如果能夠深入探究GPSM1在前列腺腫瘤發(fā)展過程中的具體發(fā)生機(jī)制，將會為PCa的診斷、治療及預(yù)后的改善提供新思路。

MM中的腫瘤細(xì)胞黏附在骨髓微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)上，誘導(dǎo)對藥物介導(dǎo)的凋亡產(chǎn)生抵抗，這種現(xiàn)象被稱為細(xì)胞黏附介導(dǎo)耐藥(cell adhesion-mediated drug resistance, CAM-DR)。由于細(xì)胞黏附介導(dǎo)的耐藥性仍然是治療MM的主要障礙[23]，而細(xì)胞黏附在耐受藥物介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程中起至關(guān)重要的作用。已有研究證實(shí)GPSM1可通過增強(qiáng)環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的磷酸化(p-CREB)發(fā)揮重要的抗凋亡作用[24]。Shao等[21]從蛋白水平研究了GPSM1在阿霉素介導(dǎo)的MM細(xì)胞凋亡中的表達(dá)模式并在細(xì)胞黏附模型中檢測了GPSM1蛋白表達(dá)變化，以便更深入地了解GPSM1的抗凋亡作用及其在MM細(xì)胞中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)干擾GPSM1后MM細(xì)胞與纖維連接蛋白及HS-5細(xì)胞的黏附率降低；同時MM細(xì)胞對阿霉素、米托蒽醌和地塞米松的耐藥性降低。以上結(jié)果表明GPSM1可能在MM發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮促進(jìn)作用[21]。

自噬是體內(nèi)蛋白降解的重要途徑之一，自噬失調(diào)可能誘發(fā)癌癥[25]。研究表明，胞質(zhì)異源三聚體GNAI3蛋白可以調(diào)節(jié)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞系的自噬[26]。最近，GPSM1被證明能與GDP結(jié)合形式的GNAI3蛋白相互作用。這表明GPSM1可能與GNAI3一同參與結(jié)直腸癌細(xì)胞自噬過程。由此Pattingre等[4]對GPSM1在腸道細(xì)胞自噬中的作用開展了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)GPSM1編碼的mRNA在人腸道細(xì)胞系(Caco-2和HT-29)中表達(dá)，且GPSM1與GNAI3蛋白在結(jié)直腸癌細(xì)胞中均定位于細(xì)胞質(zhì)。轉(zhuǎn)染過表達(dá)GPSM1的質(zhì)粒后發(fā)現(xiàn)：過表達(dá)組細(xì)胞的自噬率與對照組相比增加約2倍。以上表明GPSM1能夠參與結(jié)直腸癌細(xì)胞的自噬代謝活動，刺激并促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生自噬。這也提示GPSM1可能與結(jié)直腸癌的發(fā)生機(jī)制相關(guān)，其可能是一種潛在的診斷結(jié)直腸癌的生物學(xué)標(biāo)志物。

2.2.2GPSM1與氣道炎癥 MUC1是一種表達(dá)于黏膜上皮細(xì)胞頂端表面的跨膜黏蛋白[27]，在減輕呼吸道炎癥中起重要作用，其功能障礙與慢性炎癥性呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病有關(guān)[28]?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子1(SDF-1a；CXCL12)與其受體趨化因子受體4(CXCR4)的偶聯(lián)在炎癥和腫瘤轉(zhuǎn)移中起重要作用[29]。

Choi等[30]的研究表明，GPSM1的過表達(dá)下調(diào)了腫瘤壞死因子α(TNFα)的表達(dá)，上調(diào)了白細(xì)胞介素-6(IL-6)的表達(dá)；而干擾GPSM1后上調(diào)了TNFα的表達(dá)，下調(diào)了IL-6的表達(dá)。相反，抗炎細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化生長因子β(TGFβ)起相反的作用。這些結(jié)果提示GPSM1在氣道炎癥中具有抑制作用，能下調(diào)氣道中TNFα的表達(dá)。

此外，GPSM1的GPR基序在調(diào)節(jié)炎癥微環(huán)境中MUC1的表達(dá)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生方面起關(guān)鍵作用。GPSM1的GPR基序能夠顯著降低MUC1的表達(dá)，而突變的GPR基序Q34A肽可增加MUC1和TGFβ的表達(dá)，降低TNFα和IL-6的表達(dá)。動物實(shí)驗(yàn)表明，GPR Q34A肽可通過抑制CXCL12誘導(dǎo)的小鼠肺黏膜上皮化生，減少炎性細(xì)胞數(shù)量和炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。說明GPSM1突變的GPR Q34A肽是氣道上皮細(xì)胞中一種新的抑制肽，在體內(nèi)能夠抑制CXCL12誘導(dǎo)的肺炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)氣道中的炎癥微環(huán)境。該研究是首例證明GPSM1的GPR基序具有抗炎作用的報道，也是首例證明GPR基序與MUC1在氣道炎癥過程中有協(xié)同作用的報道，這些發(fā)現(xiàn)為呼吸道疾病中GPCR/G蛋白/G蛋白調(diào)節(jié)的輔助蛋白介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的分子機(jī)制提供新的見解。

2.2.3GPSM1與PKD PKD是一種遺傳性疾病，表現(xiàn)為腎臟和肝臟中上皮細(xì)胞的異常增生[13]。人類多囊腎病是由PKD1、PKD2或PKHD1基因突變引起的。PKD是由腎小管上皮細(xì)胞(RTECs)產(chǎn)生的薄壁囊腫中的液體不斷積聚，導(dǎo)致腎實(shí)質(zhì)損傷和非囊性腎組織纖維化[31]。異源三聚體G蛋白信號通路的激活是PKD病理、生理過程中的重要特征之一。Nadella等[14]報道GPSM1在常染色體隱性PKD(ARPKD)和常染色體顯性PKD(ADPKD)的嚙齒類動物和人類中異常過表達(dá)。

在ARPKD模型中，多囊腎小鼠腎臟中GPSM1蛋白表達(dá)比正常小鼠明顯增高。多囊腎大鼠腎臟中的GPSM1蛋白表達(dá)在第8～26周期間有一過性的增加。在ADPKD模型中，多囊腎小鼠腎臟中GPSM1的表達(dá)高于野生型小鼠。人ADPKD腎臟中GPSM1呈強(qiáng)表達(dá)，而正常人腎臟中GPSM1呈弱表達(dá)。以上結(jié)果表明ARPKD、ADPKD模型鼠和人ADPKD腎臟中GPSM1蛋白表達(dá)增加，GPSM1促進(jìn)PKD發(fā)生、發(fā)展。

有研究證實(shí)腎上皮細(xì)胞活性受GPSM1的調(diào)節(jié)，并與ERK5的激活有關(guān)[32]。該研究提示PKD腎小管上皮細(xì)胞中GPSM1異常表達(dá)與上皮細(xì)胞增殖有關(guān)，GPSM1可能通過調(diào)節(jié)GαPKD中的亞單位參與調(diào)控上皮細(xì)胞的功能。GPSM1-Gα信號可能參與激活非經(jīng)典G蛋白通路，促進(jìn)腎上皮細(xì)胞的增殖。該研究可能為針對GPSM1-Gα的抗囊性藥物的開發(fā)提供思路，用于治療PKD和其他可能的增生性疾病。

2.2.4GPSM1與原發(fā)性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency, POI) POI被定義為40歲之前的卵巢功能不全，是一種由于原始卵泡池耗盡而導(dǎo)致卵巢功能喪失的疾病[33]。根據(jù)最新研究進(jìn)展，Cai等[34]首先通過全外顯子測序發(fā)現(xiàn)GPSM1是導(dǎo)致POI的易感基因。使用卵巢顆粒細(xì)胞(granulosa cells, GC)進(jìn)行qRT-PCR和Western blot實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明大鼠卵巢中GPSM1的表達(dá)水平在卵泡發(fā)育期比原始卵泡期增加。免疫組化結(jié)果表明，GPSM1在大鼠卵巢中廣泛表達(dá)。敲低GPSM1表達(dá)后進(jìn)行CCK-8實(shí)驗(yàn)及流式細(xì)胞術(shù)檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GC的增殖率顯著降低且凋亡率升高，表明GPSM1能夠促進(jìn)GC的增殖。結(jié)果提示GPSM1對POI的作用可能是通過cAMP-PKA-CREB信號通路實(shí)現(xiàn)，為GPSM1的研究拓寬了思路。

2.2.5GPSM1與2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM) T2DM是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病[35]。最近，全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies, GWAS)報道了GPSM1與T2DM的關(guān)聯(lián)。GPSM1在不同種族人群中出現(xiàn)的頻率不同，但與T2DM的相關(guān)性主要體現(xiàn)在亞洲人群中[36]。然而，在不同種族中GPSM1與T2DM的具體關(guān)聯(lián)機(jī)制尚未報道。

Ding等[37]采用了精細(xì)定位等方法探究GPSM1在骨骼肌胰島素抵抗中的作用。對來自7個GWAS的21 897例T2DM患者和32 710例健康者的GPSM1基因合計128個單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在亞洲人群中，GPSM1內(nèi)含子9的rs28539249單核苷酸多態(tài)性與T2DM顯著相關(guān)，rs28539249參與了轉(zhuǎn)錄調(diào)控和T2DM發(fā)生的相關(guān)過程。進(jìn)行肥胖小鼠模型實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠骨骼肌中GPSM1的mRNA表達(dá)水平較對照組小鼠明顯增加；且肥胖小鼠中GPSM1的表達(dá)水平與小鼠血糖和胰島素水平呈顯著正相關(guān)。該研究證實(shí)了肥胖小鼠骨骼肌中GPSM1的表達(dá)增加，且與T2DM的性狀相關(guān)。對GPSM1進(jìn)行深入探究，可能為T2DM患者帶來福音。

3 結(jié)語

目前GPSM1的研究工作已經(jīng)進(jìn)行了20余年，隨著醫(yī)學(xué)科研水平的提高和發(fā)展，GPSM1在細(xì)胞水平的功能逐漸被發(fā)現(xiàn)，GPSM1的表達(dá)與多種疾病之間的關(guān)系正逐步得到驗(yàn)證。已有研究結(jié)果證實(shí)，GPSM1在氣道炎癥、PCa、MM、PKD以及糖尿病中發(fā)揮促進(jìn)作用，而在ESCC中發(fā)揮抑癌作用。正是由于GPSM1在多種疾病中發(fā)揮的作用錯綜復(fù)雜，使得其具有重要的臨床價值。對GPSM1參與的多種細(xì)胞學(xué)功能的深入研究將為疾病的治療提供更多的潛在靶點(diǎn)，并且對改善患者的臨床預(yù)后具有重要意義。