粘附受體GPR56與腫瘤

郭芮伶

作者單位： 400020 重慶，解放軍第324醫(yī)院呼吸內(nèi)科

【關(guān)鍵詞】細胞粘連；腫瘤；G蛋白耦聯(lián)受體；GPR56；TG2

細胞在持續(xù)不斷地與周圍的環(huán)境進行接觸，這些主要通過細胞粘連完成的聯(lián)系對細胞的分化成長至關(guān)重要，如果出錯可能會導致機體的疾病狀態(tài)，比如癌癥[1-2]。事實上，在癌癥的發(fā)展過程中，細胞粘連的變化可以在腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移的每一步被觀察到[3]。細胞粘連包括細胞間(cell-cell)粘連和細胞-基質(zhì)(cell-extracellular matrix, cell-ECM)粘連，前者涉及到細胞間直接接觸，而后者指的是細胞與細胞外基質(zhì)之間的相互作用。這兩種類型的細胞粘連都由跨膜受體介導，它們之間的這種串聯(lián)頻繁發(fā)生而且對適當?shù)募毎袨檎{(diào)控非常關(guān)鍵。非典型G蛋白耦聯(lián)受體GPR56近年來被證實為一種新型的黏附受體，可能同時影響細胞間和細胞-基質(zhì)粘連[4]。

一、細胞粘連與腫瘤

在正常組織中，上皮細胞通常通過三種類型的細胞間連接產(chǎn)生聯(lián)系：緊密連接、附著連接和縫隙連接。每種類型的連結(jié)由特定的跨膜蛋白完成。他們協(xié)同作用以保證有序的組織結(jié)構(gòu)并抑制其惡性增殖，而細胞間連接的破壞則會導致接觸抑制消失并啟動癌癥。對癌癥的細胞間連接研究最深入的是鈣粘素(cadherin)介導的附著連接。鈣粘素是一個橫跨膜受體家族，可在兩個相鄰細胞之間形成Ca2+依賴性親同種抗原二聚物。E-cadherin是上皮細胞中表達最主要的鈣粘蛋白，相鄰細胞之間的E-cadherins二聚體可通過b-catenin和Hippo激酶依賴性程序抑制腫瘤細胞的遷移和增殖[5]。但在上皮起源的癌細胞中E-cadherins通常表達缺失，從而發(fā)生上皮組織向間葉組織的轉(zhuǎn)變(EMT)，呈現(xiàn)出間質(zhì)表型并更具有遷移性和侵襲性。應(yīng)該指出的是，間葉細胞中仍有細胞粘連，但相對上皮細胞顯著減少，通常由不同類型的鈣粘蛋白如N-cadherin介導，而N-cadherin已被證明能夠促進腫瘤進展[6]。

細胞-ECM粘連是指ECM蛋白質(zhì)與黏附受體相結(jié)合產(chǎn)生雙向信號調(diào)節(jié)細胞極性、遷移、生存和擴散[7]。最典型的黏附受體是整合素(integrins)。來自ECM蛋白質(zhì)的信號可引起整合素的構(gòu)象變化，然后導致細胞行為的改變(由外向內(nèi)的信號)。同時，整合素還能感受到細胞內(nèi)波動，把它們轉(zhuǎn)換成ECM重塑(由內(nèi)而外信號)。每個整合素的ab二聚物可以與多個ECM蛋白質(zhì)結(jié)合，每個ECM蛋白質(zhì)也可能與多個ab二聚體結(jié)合，這種ECM-整合素結(jié)合物的效應(yīng)是動態(tài)變化并相互關(guān)聯(lián)的，可能正好解釋了整合素功能和cell-ECM交互作用在癌癥發(fā)展過程中作用的的復雜性。此外，ECM是一群大片段多肽在細胞外空隙組裝成高度有序的結(jié)構(gòu)，ECM的物理特性包括密度和交聯(lián)程度也直接影響其在癌癥發(fā)展過程中產(chǎn)生的效應(yīng)[8]。

信號通過上述細胞間粘連和cell-ECM粘連交互傳遞并形成復雜的黏附網(wǎng)絡(luò)[9]。這些相互作用的結(jié)果可能是復雜的：在某些情況下它們也會導致信號的增強，在某些情況下它們也會導致信號衰減。但眾多研究均表明，腫瘤的浸潤與轉(zhuǎn)移同其黏附分子的表達有關(guān)。一方面腫瘤細胞某些黏附分子表達的減少可以使細胞間的附著減弱，腫瘤細胞脫離與周圍細胞的附著，邁出浸潤及轉(zhuǎn)移的第一步；另一方面，腫瘤細胞表達的某些黏附分子使已入血的腫瘤細胞得以黏附血管內(nèi)皮細胞，造成血行轉(zhuǎn)移。

二、 非典型黏附受體GPR56

GPR56是G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein cupled receptors, GPCRs)家族的一員，近年來被證實為一種新型的黏附受體。黏附GPCRs高度保守，包含有七個GPCR-like跨膜域和與細胞黏附相關(guān)的擴展N端基序[10]。胞外段即N端很長，含有很多不同的功能區(qū)域?？缒び蚣碈端具有富含半胱氨酸的GPCR水解位點(簡稱GPS)，通過這個位點N端細胞外部分可自催化裂解與C端跨膜域分離。他們被認為同時參與細胞黏附和G蛋白耦聯(lián)信號通路[11]。盡管具有以上這些有趣的屬性及其系統(tǒng)發(fā)育保守性，黏附GPCRs的功能在最初的鑒定后仍被很大程度上忽視了，這主要歸咎于其非常規(guī)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和難以定義的生物效應(yīng)。然而最近，在不同領(lǐng)域的突破幾乎同時證實黏附GPCRs成員在不同的生物過程發(fā)揮著舉足輕重的作用，包括免疫反應(yīng)、大腦發(fā)育、吞噬作用和血管生成，而且表現(xiàn)出顯著的組織特異性，以及在mRNA和蛋白水平上受嚴格的時間調(diào)控[12-13]。同時，來自基因敲除動物的表型研究表明，他們的功能失調(diào)可導致組織發(fā)育過程中的一系列缺陷。因此，GPCRs在廣泛的生物過程包括腫瘤進展中均扮演著重要的角色。同時，傳統(tǒng)認為GPCRs作為藥物靶點對于小分子藥物或抗體有非常大的吸引力，特別是它具有的長膜外氨基末端結(jié)構(gòu)域，提示GPR56有非常大的多肽配體結(jié)合傾向。因此，針對GPR56的靶向性藥物可能具有非常良好的前景。

已有幾個黏附GPCRs被證實與癌癥有關(guān)[14]，其中GPR56是被研究最多的一個。遺傳和生化分析證實GPR56與ECM蛋白質(zhì)分子包括組織谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶2(TG2)和膠原蛋白Ⅲ相結(jié)合及在cell-ECM粘連中發(fā)揮作用。同時，GPR56的N端被發(fā)現(xiàn)可以在兩個不同細胞中轉(zhuǎn)換血細胞交互性相互作用的信號[15]。這表明它可能同時影響細胞間和cell-ECM粘連并參與這兩個過程之間的串聯(lián)調(diào)控。此外，GPR56的突變可造成雙側(cè)額頂葉多微腦回畸形(一種罕見的人類大腦皮質(zhì)畸形遺傳疾病)[16]，表明GPR56與大腦發(fā)育有關(guān)。GPR56 mRNA優(yōu)先表達在神經(jīng)祖細胞以及造血干細胞中，其表達缺失可導致造血干細胞的顯著減少及髓外造血的增多[17-18]。因此，GPR56可能控制不同起源的多能干細胞的增殖，并可作為一種干細胞標記物[19]。最近的研究還顯示，GPR56能調(diào)節(jié)纖連蛋白和Ⅰ型膠原的生成并影響肺纖維母細胞的遷移能力，其表達缺失可能與肺纖維化密切相關(guān)[20]。綜上所述，GPR56在人體機能紊亂、腫瘤發(fā)生與惡化過程中都發(fā)揮著舉足輕重的作用[21]。

三、GPR56與腫瘤

通過生物信息學和基因分析聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，GPR56能抑制黑色素瘤的生長和轉(zhuǎn)移[22]。在轉(zhuǎn)移瘤實驗?zāi)Ｐ椭?，將多個低轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細胞株通過靜脈注射給裸鼠，所形成的肺轉(zhuǎn)移瘤細胞均顯示出更高的轉(zhuǎn)移潛力，而這些高轉(zhuǎn)移性腫瘤樣本中GPR56表達下調(diào)，恢復表達則可抑制腫瘤細胞的生長及轉(zhuǎn)移。在誘導培養(yǎng)的多藥耐藥非小細胞肺癌細胞株A549/DDP中發(fā)現(xiàn)GPR56的表達較親代敏感細胞顯著降低，提示GPR56可能也與更高的耐藥性相關(guān)[23]。Ohta等[24]還發(fā)現(xiàn)GPR56在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中異常表達，其重組n端片段或使用激動性單抗可抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞黏附及移行。與此結(jié)果一致，GPR56的表達在腎癌細胞系中被腫瘤抑制基因VHL上調(diào)。相反，有研究報道，GPR56 mRNA轉(zhuǎn)錄在人類結(jié)腸癌、胰腺和肺癌組織中顯著升高。在基因敲除GPR56裸鼠中，前列腺癌生長受到抑制[25]。這表明GPR56可能促進瘤變。此外，在人類胰腺癌細胞株中，盡管可觀察到高水平的GPR56 mRNA，但GPR56蛋白的表達可忽略不計或者難以檢測到[26]。還有報道發(fā)現(xiàn)GPR56在食管鱗狀細胞癌中也表達上調(diào)，但對其惡性進展的影響尚不明確。這些看似矛盾的報道暗示GPR56可能在不同癌癥類型或階段中具有不同作用。

進一步研究GPR56抑癌效應(yīng)的機制，發(fā)現(xiàn)GPR56的細胞外部分和七個跨膜域可反向調(diào)節(jié)VEGF的生成，并通過PKCα信號通路介導血管生成。研究表明，GPR56的表達抑制了黑色素瘤的血管生成，至少部分是通過阻斷VEGF的生成實現(xiàn)[22]。VEGF是最強有力的促血管生成因子之一，它能聚集內(nèi)皮細胞和刺激新血管的形成，以確保腫瘤細胞增殖有足夠的氧氣和營養(yǎng)供應(yīng)。VEGF抑制劑已經(jīng)被用于癌癥治療并在某些癌癥類型中顯現(xiàn)出療效[27]，然而，腫瘤復發(fā)的狀況經(jīng)常被觀察到，這可能與某些VEGF在其釋放后保留在ECM以逃避這種抑制效應(yīng)有關(guān)[28]。如果VEGF的釋放受GPR56調(diào)節(jié)，這將有助于設(shè)計新的藥物從源頭上抑制VEGF的生成，從而增強血管生成抑制劑的療效。

值得注意的是，和其他粘連GPCRs一樣，GPR56可以通過直接位于跨膜域的GPCR 蛋白水解位點裂解成兩個片段，形成一個雙亞基受體。細胞外片段稱為GPR56a亞基，而c端片段包括七個跨膜域，稱為GPR56b亞基。兩個亞基均保持非共價狀態(tài)，其中GPR56a可以從細胞表面脫離。這對于GPR56的蛋白成熟和適當?shù)囊孜恢陵P(guān)重要，因為GPCR蛋白水解位點的突變(C346S和W349S)會導致受體與細胞表面的連接失敗。有趣的是，GPR56b單元表現(xiàn)出一些固有活性，這種活性是隱蔽的或被GPR56a抑制的[15,24]。GPR56a和GPR56b在黑色素瘤進展過程中的不同作用意味著他們在人類黑色素瘤中具有不同的表達模式，也可能與其對轉(zhuǎn)錄因子的激活能力不同有關(guān)[29]。在腫瘤細胞中如何調(diào)控這些GPR56變異型的表達將會是未來一個值得研究的領(lǐng)域。

四、腫瘤中GPR56參與調(diào)控的信號通路及配體

作為一個GPCR，GPR56可能是通過激活信號轉(zhuǎn)導通路影響細胞增殖和腫瘤進展的。但目前對其知之甚少，甚至幾乎所有的黏附GPCRs的內(nèi)源性配體都不清楚，他們?nèi)绾蝹鬟f信號來調(diào)節(jié)細胞的行為仍然是一個謎。

GPR56有七個跨膜域，這是GPCR的特性，因而通常認為是通過G蛋白傳遞信號。事實上，有報道顯示GPR56與G蛋白亞基Gαq/11、Gβ/γ以及四跨膜蛋白CD9和CD81密切相關(guān)。GPR56在多個細胞系中與Gαq相互作用，CD81在促進或穩(wěn)定GPR56-CD81-Gαq/11復合體過程中可能發(fā)揮核心作用，而在神經(jīng)祖細胞和NIH3T3細胞中GPR56還可通過Gα12/13傳遞信號[30-31]。因此，GPR56可能具有與不同G蛋白相互作用的潛能。同時，體內(nèi)實驗證明，雖然GPR56對黑色素瘤的生長和轉(zhuǎn)移有明顯的負調(diào)控作用，但不同GPR56表達水平的細胞在體外增殖速度類似，表明這種GPR56引起的腫瘤抑制效應(yīng)必定受到組織或腫瘤微環(huán)境因素的調(diào)控。通過一系列的生化凈化方法，我們發(fā)現(xiàn)了第一個與GPR56的細胞外部分結(jié)合的ECM蛋白TG2。也有研究發(fā)現(xiàn)膠原蛋白Ⅲ是大腦組織中GPR56的主要配體，但膠原蛋白Ⅲ目前的研究主要集中在組織發(fā)育和內(nèi)穩(wěn)態(tài)中，而TG2廣泛涉及癌癥的發(fā)生發(fā)展，故TG2已成為研究GPR56調(diào)控癌癥進程的主要突破口。

TG2是谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶家族中表達最廣泛的成員，在細胞內(nèi)及ECM中均有表達。在細胞外空間，它是ECM中主要的交聯(lián)酶，促進ECM沉積和穩(wěn)定并具有非交聯(lián)酶依賴性功能[32]。它可以直接與ECM蛋白質(zhì)作用從而影響細胞黏附、遷移和生存。在細胞溶質(zhì)中，TG2在不同亞細胞區(qū)室發(fā)揮不同的功能進而影響細胞生理。在生理條件下，胞質(zhì)TG2保持失活狀態(tài)，而在壓力條件下，TG2表現(xiàn)出活性。腫瘤細胞特別是耐藥或轉(zhuǎn)移性癌細胞中通?？梢杂^察到TG2的表達上調(diào)，這種表達增加可能受多種機制調(diào)控并與細胞的特定類型有關(guān)。同時，Tg2可使小鼠中某些腫瘤細胞的生長增強，但瘤內(nèi)注射Tg2后又可使肺癌生長受到抑制，證明了Tg2也具有抑瘤效應(yīng)。這可能與TG2交聯(lián)活動的增加以及隨之發(fā)生的腫瘤間質(zhì)ECM轉(zhuǎn)化有關(guān)。因此，在癌癥的發(fā)展過程中TG2具有多向性作用。

那么，TG2是如何與GPR56相互作用調(diào)控腫瘤進程的呢，首先，TG2可能是作為配體激活GPR56并誘導下游信號通路以抑制腫瘤進展。同時，GPR56可能調(diào)節(jié)TG2在細胞外空間的活性及腫瘤微環(huán)境中的ECM重塑。最后，GPR56可能與TG2及其相關(guān)因子(如纖連蛋白和整合素)形成一個復合體以調(diào)節(jié)癌癥進程中的細胞粘連。這些結(jié)果為腫瘤細胞與基質(zhì)之間的關(guān)系在腫瘤進程中作用的研究提供了一個起點。

五、 展望

GPR56是黏附GPCR家族成員，最近被確認為一個調(diào)控cell-ECM粘連的受體，但GPR56在細胞粘連中的作用以及與癌癥進展之間的關(guān)系仍不明確。首先，雖然GPR56與TG2的相互作用可能為深入研究GPR56在腫瘤進程中的作用提供了一個良好的起點和平臺，但TG2或其他GPR56配體是如何調(diào)節(jié)GPR56介導的癌癥進程還需要生化及基因?qū)W方法的進一步驗證。其次，GPR56在細胞粘連中潛在的雙重作用可能在癌癥的發(fā)展過程中具有特殊的地位。最后，GPR56亞基對黑色素瘤細胞VEGF的生成具有截然相反的作用，這表明黏附GPCRs的兩個裂解片段可能作為不同的實體具有不同的功能。這和另一個黏附GPCRs蛛毒素受體類似，兩個片段可以相互關(guān)聯(lián)并與其他黏附GPCRs的片段傳遞信息。這種復雜的聯(lián)系賦予黏附GPCRs在生物過程包括癌癥中作用的多樣性值得在未來更深入的研究。

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(本文編輯：黃紅稷)

郭芮伶. 粘附受體GPR56與腫瘤[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 8(4)： 482-484.

·綜述·

收稿日期：(2015-06-28)

文獻標識碼：中圖法分類號： R743.2 A

基金項目：重慶市自然科學基金(cstc2012jjA1595)

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.04.021