李瑞瑞，蔣曉山

0 引言

外界環(huán)境刺激通過胞膜受體將信號從胞外轉(zhuǎn)導到胞內(nèi)。G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors, GPCRs）是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的跨膜受體超家族，能接受多種細胞外信號刺激，是細胞正常生命活動的重要調(diào)節(jié)者和新藥研發(fā)的重要靶點[1]。GPCRs的信號轉(zhuǎn)導過程受G蛋白偶聯(lián)受體激酶（G protein-coupled receptor kinase, GRKs）的調(diào)控。目前，在哺乳動物組織中共發(fā)現(xiàn)七個GRK家族成員并分為三個亞家族：（1）GRK1亞家族，特異性表達于視網(wǎng)膜，又稱為視紫質(zhì)激酶家族，通過磷酸化視紫紅質(zhì)受體介導光轉(zhuǎn)導，包括GRK1和GRK7；（2）GRK2亞家族，或β-腎上腺素能受體激酶家族，包括GRK2和GRK3；（3）GRK4亞家族，包括GRK4、GRK5和GRK6。GRK4主要在腦、腎臟、睪丸和卵巢顆粒細胞中表達, GRK2、GRK3、GRK5和GRK6則可表達于全身組織，這5個GRKs分子又稱為非視紫質(zhì)GRKs[2]。非視紫質(zhì)GRKs通過磷酸化活化狀態(tài)的GPCRs或非GPCR磷酸化功能參與廣泛的細胞生理和病理活動[2-3]，其中一些信號通路與腫瘤的發(fā)生和演進密切相關，探討其對腫瘤的調(diào)控作用，有助于深入理解腫瘤的發(fā)生與發(fā)展機制，為癌癥診斷和治療研究提供新思路。本文就近些年來非視紫質(zhì)GRKs與腫瘤細胞增殖、生長及轉(zhuǎn)移等信號調(diào)控研究進展作一綜述。

1 GRKs的結構及功能

GRKs屬于絲/酪氨酸蛋白激酶家族，主要通過磷酸化不同的底物參與細胞信號通路的調(diào)控。

1.1 GRKs的結構

迄今為止，在哺乳動物細胞中共發(fā)現(xiàn)7個GRK家族成員，分為GRK1（GRK1/7）、GRK2（GRK2/3）和GRK4（GRK4/5/6）三個亞家族。它們在結構上包含~185個氨基酸的氨基（N）端、~105~230個氨基酸的羧基（C）端和中央高度保守~270個氨基酸的激酶結構域[4]。其N-末端30個氨基酸在GRKs家族中高度保守，是識別活化的GPCR的關鍵位點；N端區(qū)包含G蛋白信號調(diào)節(jié)子（regulators of G protein signaling, RGS）同源序列結構域，調(diào)控GRKs與Gαq相互作用和自身同源二聚化[4-5]。C端與GRKs膜定位有關：GRK1和GRK7的C-末端含有法尼基化（farnesylation）和櫳牛兒基化（geranylgeranylation）短序列，而GRK4和GRK6含多個能夠被棕櫚?；陌腚装彼釟埢?，這些位點的酰化促使GRKs分子與質(zhì)膜結合[4]；GRK2和GRK3的C-末端結構域在受體激活后與游離的Gβγ亞基結合，進而與質(zhì)膜磷脂相互作用[6]；GRK5和GRK6的C-末端則存在一個由4個疏水性氨基酸殘基為核心的質(zhì)膜結合所必需的兩性螺旋結構元基[4,7]。

1.2 GRKs對GPCR的磷酸化

GRKs是GPCR內(nèi)化和磷酸化信號轉(zhuǎn)導過程中重要的調(diào)節(jié)因子。GRKs通過磷酸化配體激活的GPCR，引發(fā)β-arrestin與受體結合，從而阻止G蛋白與GPCR偶聯(lián)，快速“關閉”或“去敏（desensitization）”激動劑持續(xù)引發(fā)的信號轉(zhuǎn)導，維持細胞自穩(wěn)。首先，GPCR與β-arrestin的結合在空間上阻礙了受體與G蛋白相互作用。第二，促使GPCR內(nèi)化、進入被膜小窩形成網(wǎng)格蛋白小體。內(nèi)化的GPCR被脫磷酸化后，或迅速地返回質(zhì)膜重復使用，或降解[2]。

1.3 GRKs磷酸化GPCR以外的重要生物學功能

除了經(jīng)典的磷酸化GPCR受體的作用，GRKs也通過磷酸化非GPCR底物影響信號轉(zhuǎn)導。如GRK2和GRK5分別磷酸化IRS1和HDAC5[8-9]。GRK5可以與NF-κB結合進而穩(wěn)定IκBα/NF-κB復合物[10]，磷酸化p53進而促進后者降解[11]，以及定位于細胞中心體進而參與中心體的微管成核和細胞周期的調(diào)控[12]。GRK6與GRK相互作用蛋白（GIT）1結合，激活RAC1信號通路、促進小鼠脾臟凋亡免疫細胞的清除[13]。另一方面，GRKs通過與PI3K、clathrin、GIT、caveolin、MEK、AKT和RKIP等信號分子結合，以非磷酸化的方式參與細胞活動。多個GRK分子可以與G蛋白的Gq和Gβγ亞單位、MAP激酶結合而調(diào)控相關信號通路的轉(zhuǎn)導[3]。GRK4在GABAB受體去敏過程中無受體磷酸化，也不需要有催化活性的激酶[14]。這些研究提示，GRKs除了磷酸化GPCR、去敏GPCR信號通路以外，還以磷酸化非GPCR或通過非磷酸化作用參與信號轉(zhuǎn)導調(diào)控。

2 非視紫質(zhì)GRKs對細胞分化與增殖的調(diào)控

GRK2和GRK6通過抑制IGF1R介導的ERK及AKT信號通路、以及多個趨化因子受體（CXCR）的信號轉(zhuǎn)導，負調(diào)控細胞生長[15-16]。GRK4通過磷酸化多巴胺受體抑制人腎臟近曲小管細胞的增殖[17]。GRK5能夠磷酸化核仁磷酸蛋白1，調(diào)控細胞核組裝、中心體復制和細胞分裂等過程；而磷酸化的核仁磷酸蛋白1促進細胞的凋亡[18]。GRK5分子含有功能性核輸出序列，降低GPCR活性或終止鈣離子信號的轉(zhuǎn)導可以改變GRK5的核穿梭機制，從而導致細胞轉(zhuǎn)化[19-20]。GRK5通過磷酸化p53，促進G2期向M期過渡[11]。GRK2和GRK5分布于中心體，可能促進有絲分裂早期中心體的分離[21-22]。本研究小組最近報道，GRK4過表達顯著抑制人胚腎HEK293細胞的增殖，細胞發(fā)生衰老表型樣改變，伴隨18個與細胞周期調(diào)控、DNA損傷等關聯(lián)基因的mRNA水平顯著異常[23]。

3 非視紫質(zhì)GRKs與腫瘤

3.1 GRKs的表達調(diào)控

mRNA芯片數(shù)據(jù)顯示，在不同腫瘤中，GRKs表達水平不同。組學研究發(fā)現(xiàn)，GRK2/GRK6基因擴增或GRK3/GRK5基因突變與缺失見于多種類型的腫瘤[24-25]。另一方面，GRKs表達和功能受到轉(zhuǎn)錄后修飾和與其他蛋白如Caveolin 1相互作用等因素調(diào)控，從而導致蛋白活性、定位或穩(wěn)定性的改變[26]。

3.2 GRK2

Métayé等報道GRK2在分化型甲狀腺癌組織中高表達，可能通過去敏促甲狀腺激素受體（TSHR）信號抑制甲狀腺癌細胞增殖[27]。在肝癌HepG2細胞中，GRK2抑制IGF1R信號通路，進而抑制肝癌細胞增殖和遷移，可能為治療肝癌提供新的作用靶點[28]。另一方面，胰腺癌組織中GRK2水平高表達者預后差[29]。乳腺上皮細胞中EGF或者HER2受體等被活化，通過增強PI3K/AKT通路刺激GRK2的表達[30]。GRK2過表達促進HDAC6磷酸化和活化，導致脯氨酰異構酶Pin1的去乙酰化，后者是腫瘤進展的調(diào)控因子，促進乳腺癌的發(fā)生與發(fā)展。真核翻譯起始因子3d（eIF3d）可以通過調(diào)控GRK2的穩(wěn)定性，增強PI3K/AKT信號通路，從而促進膽囊癌細胞的增殖和遷移[31]。在慢性淋巴細胞白血病細胞信號調(diào)控研究中發(fā)現(xiàn)，Locostatin的作用機制可能包括抑制RKIP與GRK2的結合，導致GRK2介導的MAPK-ERK1/2和AKT表達下調(diào)[32]。

3.3 GRK3

在三陰型乳腺癌MDA-MB 231細胞模型中，敲降GRK3導致CXCL12/CXCR4信號通路活性增強、促進腫瘤細胞遷移和裸鼠移植瘤轉(zhuǎn)移，提示GRK3可能通過負調(diào)控CXCR4信號轉(zhuǎn)導而抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移[33]。在前列腺癌細胞中，GRK3過表達引起雄激素剝奪療法激活的cAMP反應元件結合，促進前列腺癌的發(fā)生與發(fā)展[34]；在結腸癌細胞中，GRK3過表達可以增強細胞增殖、抑制細胞凋亡，其機制有待深入研究[35]。

另一方面，多組肝癌患者單因素分析研究顯示，GRK3高表達的患者生存率顯著升高，提示GRK3可能負性調(diào)控肝癌的發(fā)生與發(fā)展進程[36]。在膠質(zhì)母細胞瘤的亞型中也發(fā)現(xiàn)了GRK3 mRNA水平的降低，其中EGFR激活導致GRK3表達下調(diào)，而GRK3降低促進CXCR4表達升高和腫瘤生長[37]。

3.4 GRK4

GRK4可以激活乳腺癌細胞中β-arrestin介導的ERK1/2和JNK信號通路，促進癌變[38]。在大鼠甲狀腺功能亢進結節(jié)模型中，即使沒有促甲狀腺素受體突變和G蛋白α亞基突變，GRK3和GRK4的表達上調(diào)[39]。在卵巢顆粒細胞腫瘤中，GRK4 α/β亞基表達下調(diào)，而γ/δ亞基表達升高，提示GRK4不同亞基的表達可能參與卵巢顆粒細胞腫瘤的病理過程[40]。

3.5 GRK5

與GRK2相反，GRK5通過增強TSHR活性促進甲狀腺癌細胞生長[27]。沉默GRK5基因，可以抑制前列腺癌PC3細胞增殖，誘導G2/M期阻滯[41]。GRK5的促瘤效應可能與它磷酸化p53蛋白、促進p53降解，進而抑制細胞凋亡的功能有關[11]。在結腸癌HCT116細胞中，腫瘤抑制因子TIG-1通過抑制β-catenin信號通路來抑制PGE2誘導的細胞增殖，這一過程由GRK5調(diào)控[42]。GRK5在非小細胞肺癌的多個細胞系中表達量顯著升高，GRK5高表達的患者生存率低、預后差。而突變GRK5基因可以抑制非小細胞肺癌細胞的增殖，促進細胞凋亡，提示GRK5有可能成為治療肺癌的新靶標[43]。

3.6 GRK6

GRK6在肺癌、膠質(zhì)母細胞瘤、成神經(jīng)管細胞瘤等腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用[44-46]。GRK6高表達與甲狀腺乳頭狀癌的腫瘤大小和分期成正比，并增加癌復發(fā)的機率，提示GRK6促進甲狀腺乳頭狀癌的生長[47]。與GRK5比較，GRK6高表達能促進結腸癌的發(fā)生發(fā)展，降低患者5年生存率，但是機制仍不清楚[48]。在肝細胞癌中，下調(diào)GRK6可以抑制CD97分子的內(nèi)化，刺激下游基質(zhì)金屬蛋白酶2/9的分泌，從而促進肝細胞癌的轉(zhuǎn)移[49]。另一方面，GRK6啟動子的異常甲基化導致其在下咽喉鱗狀細胞癌中表達下調(diào)，促進癌癥的發(fā)展[50]。

4 結語

非視紫質(zhì)激酶家族GRKs參與調(diào)控多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，不同GRKs分子對腫瘤細胞的調(diào)控作用不同，或抑制、或促進腫瘤細胞增殖與生長。在不同的腫瘤環(huán)境中，GRKs的功能改變時常常伴有相關GPCRs、原癌基因等分子功能的相應改變，目前對這些效應的觀察還很膚淺，其詳細的分子機制有待進一步揭示。