受体调节、受体与疾病
作者：陈崇宏 谢和辉 徐叔云
单位：陈崇宏 谢和辉 (福建医科大学药理学教研室，福州 350004)；徐叔云 安徽医科大学临床药理研究所，合肥 230032
关键词：受体调节；增敏；脱敏；受体激酶；受体内移；受体与疾病；癌基因；自身抗体；可诱导的受体
中国药理学通报990401 摘要 体内各组织上的受体并非不变，作为细胞的组分之一，它们在参与新陈代谢的同时，还要受到各种生理、病理及药物因素的调节而发生变化。受体调节主要有增敏和脱敏两种类型。增敏的机制尚缺乏深入的研究；而脱敏的机制则涉及受体磷酸化、受体内移、受体的负协同效应、膜磷脂代谢的变化及信号传导系统的变化等诸多方面。受体正常的调节及变化是维持内环境稳定的重要因素，而受体的异常变化则是致病的一个原因。与疾病有关的受体的异常变化主要有：异常受体及异常偶联蛋白的表达，受体免疫性、数目、亲和力及特异性的变化等。
, http://www.100md.com
中国图书分类号 R 962; R 97
文献标识码 A 文章编号 1001-1978(1999)04-0289-05
Receptor regulation, receptors and diseases
CHEN Chong-Hong, XIE He-Hui,(Dept of Pharmacology, Fujian Medical University , Fuzhou 350004 )
XU Shu-Yun
Institute of Clinical Pharmacology, Anhui Medical University, Hefei 230032
ABSTRACT Receptors not only initiate regulation of physiologica l and biochemical function but also are themselves subject to many regulatory controls. There are generally two types of regulation model termed desensitization and hypersensi tivity. Multiple mechanisms account for desensitization: receptor phosphorylation, receptor internalization, negative cooperativity, and variations of membrane phospholipid and signaling pathways. However, mechanisms involved in hypersensit ivity are still unclear now. Many diseases arise from disorders in receptors or receptor-effector systems. These malfunctions may involve expression of aberrant or ectopic receptors or coupling proteins, and variations of immunity, number , affinity and specificity of receptors.
, 百拇医药
KEY WORDS receptor regulation; desensitization; hypersensitivity; receptor kin ases; receptor internalization; receptors and diseases; oncogene; autologous ant ibody; inducible receptors
1 受体调节
体内各组织上的受体并非固定不变的，而是处于动态平衡之中。它们要遵循一定的规律进行新陈代谢，同时又会因各种生理、药物、病理因素的变化而受到调节。受体调节是维持内环境稳定的一个重要因素。其调节方式主要有两种类型：脱敏(desensitization)和增敏(hype rsensitivity)。若两者只涉及受体浓度的变化，则分别称之为：向下调节(down-regulati on)和向上调节(up-regulation)。
, 百拇医药
1.1 脱敏[1～3] 脱敏是指在使用一种激动剂期间或之后，组织或细胞所产生的对激动剂敏感性和反应性下降的现象。有时，脱敏仅局限于激动剂本身，而组织对其它激素的反应性不受影响，这种现象称之为同种脱敏(homologous desensitization)。反之，若组织对其它激素的刺激也变得不敏感，则称之为异种脱敏(heterologous desensitization)。前者可能是因受体自身的变化(如磷酸化、内移等)而引起。而后者则可能是由于所有受影响的受体拥有一个共同的反馈调节机制，或者受到调节的是它们信息传递通路上的某个共同环节。例如，β2肾上腺素受体在激动剂的持续作用下产生的同种脱敏与β肾上腺素受体激酶(β adrenergic recep t or kinase,β ARK)对受体的磷酸化有关，其磷酸化部位在受体羧基端远段的丝氨酸残基上，一个“arrestin样”蛋白随后结合到已磷酸化了的受体上，促使受体与Gs去偶联而引起脱敏。由于β ARK只对已被配体结合而激活的受体有特异的磷酸化作用，所以该受体激酶介导的是同种脱敏。另外，在某些情况下，持续刺激β2肾上腺素受体还可以引起异种脱敏，使许多可通过相应受体刺激cAMP合成的激素对该组织的反应性也降低。一般认为，这与依赖 cAMP的蛋白激酶(PKA)使受体磷酸化进而使之与Gs脱偶联有关，PKA在β2肾上腺素受体上的磷酸化部位在胞内第3个氨基酸袢的远端及受体羧基端的近段，而且，异种脱敏与胞内第3个氨基酸袢上的氨基酸残基的磷酸化是并行的。
, 百拇医药
1.2 受体脱敏的机制
1.2.1 受体的磷酸化 G蛋白偶联受体是一个很大的受体家族，它们可能均有7次跨膜的拓朴结构。它们所引起的生理功能包括激素作用、神经传递、趋化性、视觉、嗅觉及味觉等。其中许多受体都受到受体激酶(receptor kinases)的调节。它们的快速脱敏主要是由于受体的磷酸化，至少有两类不同的丝/苏氨酸蛋白激酶与此有关：(1)第二信使激活的激酶 PKA、PKC;(2)不依赖第二信使的G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases, GRKs)[ 4～6]。GRKs特异作用于被激动剂占领或激活的受体。
通过分子克隆已发现了这类激酶基因家族的许多成员，有人按发现时间的顺序加以命名(表 1)。最早发现的GRKs是视紫红质激酶(rhodopsin kinase)和β肾上腺素受体激酶。GRKs 引起的脱敏包括两个步骤：首先，GRK识别激活状态的受体，并使之磷酸化；接着，“arres tin样”抑制蛋白结合到磷酸化了的受体上。这最早在“光受体”视紫红质与视紫红质激酶间及β2肾上腺素受体与βARK1间的体外实验中获得证实。发现通过这两个步骤之后，视紫红质的磷酸二酯酶激活能力及β2肾上腺素受体的GsGTPase激活能力均被抑制。但在不同的系统中，受体磷酸化和“arrestin样”蛋白结合对脱敏机制的贡献可能不一样[ 2，4，9]。
, http://www.100md.com
用纯化的酶及在脂质体中重组的受体进行实验，发现β ARK的同功酶在体外可使许多种受体磷酸化(表1)，特别是在有激动剂存在的时候。在可渗透的大鼠嗅纤毛(olfactory ci lia)中，直接针对GRK3或β-arrestin-2的抗体可取消G蛋白偶联受体的脱敏。用免疫组化及原位杂交方法发现，在大鼠的脑中，β ARK1及β ARK2广泛地表达于已知的肾上腺素能通路内外的神经原中[2，6]。这样，许多G蛋白偶联受体便有可能通过GRK所启动的机制来调节。
G蛋白偶联受体有好几百个，而目前已克隆的GRKs仅为有限的几个，两者数目相差悬殊。每种GRK的特定的内源性受体底物尚不明确。只有视紫红质激酶由于分布局限，可将其体外数据与体内环境相联系。GRK3在嗅觉神经原中有很高的表达，而且来自嗅纤毛的数据也显示，它在气味受体的脱敏中扮演着一定的角色。GRK4主要表达于睾丸，可能使精子受体磷酸化 [4，10，11]。大多数GRKs表达于多种组织中，且没有与之明显关联的受体。
, 百拇医药
在不同的信号传导通路中，GRKs和依赖第二信使的激酶之间的相互影响也不同[4，6]。研究发现，在β2肾上腺素受体/Gs/腺苷酸环化酶系统中，β ARK1和PKA引起的脱敏之间相互独立，互不影响。相反，对于可渗透的鼻纤毛中的气味受体系统，GRK3和PKA引起的脱敏是相互依存的，其中任一种激酶受到抑制，均可使因脱敏而中断的(气味所引起的)信号得以恢复。所以，有可能存在两种激酶相独立或相协调的脱敏机制。
Tab 1 Characteristics of protein-coupled receptor kinases Kinase
Common
name
Receptorsa
Tissue distributionb
, http://www.100md.com
GRK1
Rhodopsin
Kinase
Rho,β2AR, β1AR
retina>>pin eal
GRK2
β ARK1
β2AR,α2AAR, M2AChR,α1BAR, β 1AR, Rho, SPR
leukocytes≥frontal cortex of b>>h >lu>k
, 百拇医药
GRK3
β ARK2
β2AR, M2AChR, Rho,α1BAR, β1AR, SPR ,α2AAR
b(especially olfactory tubercle,substantia nigra)>s>h,lu,k
GRK4
IT-11
Rho,β2AR
Testis>>>b,peripheral nerve(none in s ,lymphoblasts)
, http://www.100md.com
GRK5
—
Rho,β2AR, M2AChR, β1AR
h,pl, lu>sk>b,l, p>k
GRK6
—
β2 AR,Rho, M2AChR
b,sk>p>h,lu,k,pl>l
aReceptors that have been shown to be phosphorylated by the relevant k inase in vitro； Rho：rhodopsin; AR： adrenergic receptor; M2AchR：M2 mu scarinic receptor; SPR：substance P receptor. bAs determined by mRNA e xpre ssion. b：brain; h：heart; k：kidney; l：liver; lu：lung; p：pancreas; s：spleen ; sk：skeletal muscle
, 百拇医药
关于GRKs在受体上的磷酸化部位的信息还比较少。最为确切的是视紫红质激酶，它使1 ～9个磷酸盐结合到视紫红质的羧基末端，但一般认为其中只有1～2个磷酸盐与脱敏过程有关。α2肾上腺素受体的磷酸化部位已如前述。而GRKs在α2肾上腺素受体和M2胆碱受体上介导的磷酸化则主要发生在胞内的第3个氨基酸袢上[3，6，12]。
受体被激动时，与之偶联的Gs分解为两个亚单位：Gα和Gβγ。研究发现Gβγ可刺激β ARK(即GRK2和GRK3)的活性，Gα则可抑制Gβγ的作用，Gβγ对GRK1没有影响。其具体机制尚不清楚。有人发现，Gβγ可降低GRK引起的β2肾上腺素受体磷酸化的Km值；它对M 胆碱受体磷酸化的Km值没有影响，但却使其Vmax值增高10倍。另有人则认为Gβγ对β ARK的激活主要是将其从胞浆转移到底物受体所在的膜上[7]。
, http://www.100md.com
除了G蛋白偶联受体外，其它类型受体的脱敏也可能跟磷酸化有关[4，6，8]。已发现，GABAα受体可被PKA、PKC及酪氨酸激酶磷酸化而脱敏；PKA和酪氨酸激酶可使N胆碱受体对烟碱刺激的快速脱敏加快7倍。在完整的细胞中，胰岛素受体除了因配体结合导致酪氨酸残基磷酸化而激活自身的激酶活性外，在丝氨酸和苏氨酸残基上也可发生磷酸化(可能由 PKC和依赖cAMP的激酶引起)，其结果是受体的激酶活性受到抑制。
1.2.2 受体的内移(internalization) 受体内移是受体数目减少的一个重要原因。一般认为这是一种特殊的胞吞作用。其过程大致是:受体与相应的配体结合后，先丛集于被膜小凹处，继而内陷成囊状结构，并与溶酶体融合，其中的受体有的可被释放并重新参入膜中，其余的则被溶酶体酶降解成多肽[13]。激动剂促发的受体磷酸化在许多G蛋白偶联受体的内移过程中起着重要的作用，而且GRK s和arrestins在其中扮演着重要的角色[2，14，15]。
, 百拇医药
研究发现，某些受体的内移与受体脱敏有关。M3型胆碱受体的羧基端苏氨酸残基的突变，可以很明显地减少受体内移，同时也明显削弱受体脱敏的能力[16]。此外，膜受体浓度的变化也在激动剂引起的μ型阿片受体的脱敏中起着重要的作用[17]。不过更多的研究则显示，对于许多受体(如H2型组胺受体、D1型多巴胺受体及M2型胆碱受体等)来说，受体内移和受体脱敏这两个过程是相互独立的[2]。
1.2.3 其它 受体脱敏的机制还有可能涉及膜磷脂代谢的变化、信号传导系统的改变及受体的负协同效应(negative cooperativity)等[1，4]。
研究表明，某些受体的脱敏与膜磷脂酶A2(PLA2)的激活密切相关，应用PLA2抑制剂可有效地防止它们的向下调节。而有些G蛋白偶联受体在向下调节时，伴有G蛋白的相应变化。负协同效应是指受体与配体结合后，引起相邻受体构象变化，从而使其与配体的亲和力降低。胰岛素受体亲和力的变化就与此有关。
, 百拇医药
1.3 增敏 增敏是与脱敏作用相反的一种现象，它可因受体激动剂的水平降低或应用拮抗剂而引起，亦可因其它原因而出现[1]。在长时间使用普萘洛尔的情况下，突然停药可出现“反跳”现象，此时(受体的敏感性比正常增高了。用手术切断神经或用药物破坏神经原之后，可出现“去神经增敏”现象。例如，切断运动神经不仅使终板部位对乙酰胆碱的敏感性增加，而且肌肉上原来对乙酰胆碱不敏感的部位也产生了反应，并已证明N胆碱受体数目增加。另外，某些激素还可诱发其它激素的增敏反应。例如，甲状腺激素可以增加大鼠脂肪细胞对儿茶酚胺、胰高血糖素及TSH等激素的反应；饲大鼠以甲状腺激素，可促使其心肌中β受体结合部位增加。关于增敏的机制则尚缺乏深入的研究。
2 受体与疾病
以受体的改变为起因的疾病称为受体病。不过，因其它原因而产生的某些疾病中，也可表现有受体的改变。导致疾病的受体改变主要有：异常受体及异常偶联蛋白的表达，受体的免疫性、数目、亲和力及特异性的改变等。
, 百拇医药
2.1 异常受体和异常偶联蛋白 许多具有致癌性的癌基因的表达产物都是以异常受体的形式出现。其实，几乎每种信号系统都可能具有致癌的潜能。癌基因erbA的表达产物是甲状腺激素受体的一个衍生物，没有配体结合部位，正由于这种结构上的变化，它处于被激活状态，被认为可促进白血病的形成。癌基因ros、erbB的表达产物是处于激活和失控状态的胰岛素和表皮生长因子受体，都是具有酪氨酸激酶活性的受体的类似物。这类具有酪氨酸激酶活性的受体在人体细胞的生长和分化中扮演着重要的角色，研究发现，通过改变基因使其中某些受体的氨基端及羧基端结构发生一定的变化，可激活该受体的致癌潜能，而受体的催化区中特定的点突变则可促进这个作用。这类受体的过度表达连同相关细胞的自分泌作用可能也在某些癌的形成过程中起重要的作用[18，19]。另外，发现G蛋白偶联受体及G蛋白本身的变化可导致一些人类疾病。其中，导致相应肿瘤发生的癌基因gsp和gip分别是Gsα和Gi2α突变的产物[20]。
, 百拇医药 2.2 可诱导的受体(inducible receptors) 研究发现，某些病理变化可诱导一些组织表达该组织原先并不表达的新受体，这不仅为病因学研究提供了新的线索，而且使疾病治疗增加了新的靶点[21]。
哮喘患者的肺组织中出现腺苷A1受体(adenosine A1 receptor)，而正常的肺组织不表达这种受体，A1受体可能与患者呼吸道的异常高敏性有关[22]。在膀胱炎、关节炎、结肠炎及大鼠炎症模型中，相应的炎症组织上均可检测到诱导产生的缓激肽B1受体(brad ykinin B1 receptor)，该受体可能促进组织对激肽的反应性[23]。EB病毒(E pstein-Barr virus)感染的B淋巴细胞及人类疱疹病毒6和7(human herps virus 6 and 7 )感染后的T淋巴细胞上，均表达一种诱导产生的孤儿受体，称为EB1。EB1可能会妨碍白细胞对被感染细胞的作用[24，25]。
, 百拇医药
2.3 受体的自身抗体 受体的化学本质是蛋白质，具有抗原性。只是由于存在免疫自稳作用，正常个体对自身的受体不产生免疫反应。但是，多种因素(如遗传缺陷、感染等)可破坏免疫自稳状态，从而出现自身免疫反应，产生受体的自身抗体。自身抗体按其作用的不同可分为两大类：封闭型抗体和刺激型抗体。
2.3.1 封闭型抗体[26] 它可阻断受体与配体的结合或加速受体的降解，使其浓度降低，导致靶细胞的功能下降或丧失，从而产生疾病。重症肌无力(myasthenia gravis)是骨骼肌烟碱受体的自身免疫性疾病。大多数患者的胸腺髓质生发中心组织增生，其中十分之一的人有胸腺瘤，胸腺中T、B淋巴细胞异常增多。病人血中有抗烟碱受体抗体，可与全身骨骼肌表面的烟碱受体结合，妨碍乙酰胆碱接近受体的结合部位。同时，抗体(IgG)可使烟碱受体产生交联、集聚，接着内陷形成囊状结构进入胞内。其中的受体一部分可重新回到细胞表面，另外的则被溶酶体中的蛋白水解酶降解。这样下去便造成细胞上烟碱受体数目的减少，即灶性溶解(focal lysis )。灶性溶解造成的受体减少(可减至正常人的11%～30%)是致病的主要机制。此外，烟碱受体的减少还可导致突触后膜皱褶结构的简单化，及烟碱受体天然分布致密区与乙酰胆碱释放部位之间匹配定向的错误，从而加重神经传递的阻滞，使患者出现骨骼肌的易疲劳和无力等临床症状。
, 百拇医药
另外，在一些哮喘患者血液中出现的β肾上腺素受体的自身抗体也属于封闭型抗体。
2.3.2 刺激性抗体[1] 它可模拟配体的作用激活受体，使靶细胞出现功能亢进。胰岛素受体的自身抗体便属于这一类。少数有胰岛素抗性的病人，如黑棘皮症(acanthosis nigricans)糖尿病患者，他们血液中含有一种可与胰岛素受体特异性结合的异常免疫球蛋白，称之为胰岛素受体抗体。该抗体可抑制胰岛素与相应受体的结合，但其自身亦可激动受体，产生胰岛素样的生物效应。不过，一般认为该抗体只是在一个短暂的时间内可产生这种效应，效应持续一段时间后便迅速减弱，并且机体对该抗体及胰岛素的进一步刺激表现耐受性。从而临床上表现为糖尿病且耐胰岛素。
2.4 受体数目、亲和力及特异性的变化[1，18] 在哮喘病人中往往可看到肺组织及外周血细胞中的β受体数目显著减少，α受体数目增加，血液淋巴细胞对儿茶酚胺类药物的结合能力下降。也有报道说，哮喘时M受体数目增加。由于激动α、M受体可导致支气管平滑肌痉挛，故而哮喘用药时应考虑药物对受体的选择性。
, 百拇医药
甲状腺机能亢进患者的心脏及其它组织中β受体的密度增加，从而心肌细胞对儿茶酚胺的敏感性升高。甲状腺机能减退时则相反。这便是用β受体阻断剂来减轻甲亢时某些心脏症状的基础。
在病理状态下，某些受体的特异性会发生变化，从而与过量的非特异配基相作用并产生效应，而在正常情况下它们之间可能完全不起反应。如，患绒毛膜癌时，过量的hCG可激动TSH 受体而出现甲状腺机能亢进状态；在肢端肥大症患者体内，过量的hGH可作用于催乳素受体，从而出现溢乳及闭经等现象。
作者简介：陈崇宏，男，53岁，教授，主要从事神经药理学研究；
徐叔云，男，教授，博士生导师，安徽医科大学名誉校长
参考文献
1 Joel GH， Lee EL eds. Goodman and Gilmans. The Pharmaco logical Basis of Therapeutics,9th ed,New York:McGraw-Hill,1996:11
, 百拇医药
2 Krupnick JG,Benovic Jl. The role of receptor kinases and arrestins in G prote in-coupled receptor regulation. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 1998;38 :289～319
3 Mcdowell JH, Nawracki JP. Phosphorylation sites in bovine Rhodopsin . Biochemistry,1993;32:4968～74
4 Pitcher JA,Freedman NJ,Lefkowitz RJ. G protein-coupled receptor kinases. Annu Rev Biochem,1998;67:653～92
5 Haga T, Haga K, Kameyama K. G protein-coupled receptor kinases. J Neurochem,1994;63: 400～12
, 百拇医药
6 Inglese J, Freedman NJ, Koch WJ, Lefkowitz RJ. Structure and mechan ism of the G protein-coupled receptor kinases.J Biol Chem,1993;268:23 735～8
7 Clapham DE, Neer EJ. G protein βγ subunits. Annu Rev Pharmacol Toxicol,1997;37: 167～203
8 Yarden Y, Ulrich A. Growth factor receptor tyrosine kinases. Annu Rev Biochem,1988;57: 443～78
9 Proment RT,Koch WJ. Identification,purification,and characterizatio n of GRK 5,a member of the family of G protein-coupled receptor kinase. J Biol Chem, 1994; 269:6832～41
, http://www.100md.com
10 Sallese M,Mariggio S. G protein-coupled receptor kinase GRK4. J Bio l Chem,1997;272:10188～95
11 Diviani D,Lattion A,Larbi N. Effect of different G protein-coupled receptor kinase on phosphorrylation and desensitization of the α1B- adrenergic r eceptor. J Biol Chem,1996;271:5049～58
12 Fredericks ZL,Pitcher JA. Identification of the G protein-coupled receptor kinase phosphorylation sites in the human (β2-adrenergic receptor. J Biol Chem,1996;271:13796～803
, 百拇医药
13 Koening JA,Edwardson JM. Endocytosis and recycling of G protein-coupled rec eptor.armaco logical Basis of Therapeutics,9th ed,New York:McGraw-Hill,1996:11
14 Ferguson SG ,Downey WE.Role of β-arrestin in mediationg agonist-promoted G protein-coupled receptor internalization.Science,1996l;271:363～86
15 Ferguson SG,Downey WE. Role of Phosphorytlation in agonst-pro-moted -adrenergic receptor sequstration. J Biol Chem,1995;270:24728-9
, 百拇医药
16 Yang J,Williams JA, Yule DI. Muation of carboxly-terminal tyhre-onine residuses in human M3 muscarinic acetylcholine receport mod-ulates the extent of sequestration and desensitization. Mol Phar-macol, 1995;48:477-85
17 Pak Y, Kouvelas A, Scheideler MA. Agonist-induced functional desensitization of the -opioid receptoe is mediated by loss of mem-branc receptor rather than uncoupling from G protein. Mol Phar-macol, 1996;50:1214～22
, 百拇医药
18 Evans RM. The steroid and thyroid hormone receptor superfamily. Science,1998;240:889～95
19 Lyons J,Landis CA,Harsh G.Two G protein oncogenes in hu-man endocrine tumors,Science,1990;249:655～59
20 Clapham DE.Mutations in Gprotein-linked receptors:novel in-sights on disease.Cell,1993;751237～9
21 Donaldson LF ,Hanley MR,Villablanca AC.Inducible receptors.Tips,1997;18:171～81
, 百拇医药
22 Nyce JW,Metzger WJ.DNA antisense therapy for asthma in ananimal model.Nature,1997;385:721～5
23 Perkins MN,Kelly D. Induction of bradykinin B1 receptor in vivo in a model of ultra-violet irradiation-induced thermal hyperalgesia in the rat. Br J P harmacol,1993;110:1441～4
24 Birkenbach M, Josefsen K. Epstein-barr virus-induced genes:first lyphocyte -specific G protein-coupled peptide receptors. J Virol,1993;67:2209～20
25 Hasegawa H,Utsunomiya Y. Induction of G protein-coupled peptide receptoe EB I1 by human herpes virus 6 and 7 infection in CD4+ T cells. J Virol,1994; 68:5326～9
26 孙曼霁,罗质朴.乙酰胆碱.见:韩济生主编. 神经科学纲要,北京：中国协和医科大学. 北京医科大学联合出版社，1993:322～43, 百拇医药
单位：陈崇宏 谢和辉 (福建医科大学药理学教研室，福州 350004)；徐叔云 安徽医科大学临床药理研究所，合肥 230032
关键词：受体调节；增敏；脱敏；受体激酶；受体内移；受体与疾病；癌基因；自身抗体；可诱导的受体
中国药理学通报990401 摘要 体内各组织上的受体并非不变，作为细胞的组分之一，它们在参与新陈代谢的同时，还要受到各种生理、病理及药物因素的调节而发生变化。受体调节主要有增敏和脱敏两种类型。增敏的机制尚缺乏深入的研究；而脱敏的机制则涉及受体磷酸化、受体内移、受体的负协同效应、膜磷脂代谢的变化及信号传导系统的变化等诸多方面。受体正常的调节及变化是维持内环境稳定的重要因素，而受体的异常变化则是致病的一个原因。与疾病有关的受体的异常变化主要有：异常受体及异常偶联蛋白的表达，受体免疫性、数目、亲和力及特异性的变化等。
, http://www.100md.com
中国图书分类号 R 962; R 97
文献标识码 A 文章编号 1001-1978(1999)04-0289-05
Receptor regulation, receptors and diseases
CHEN Chong-Hong, XIE He-Hui,(Dept of Pharmacology, Fujian Medical University , Fuzhou 350004 )
XU Shu-Yun
Institute of Clinical Pharmacology, Anhui Medical University, Hefei 230032
ABSTRACT Receptors not only initiate regulation of physiologica l and biochemical function but also are themselves subject to many regulatory controls. There are generally two types of regulation model termed desensitization and hypersensi tivity. Multiple mechanisms account for desensitization: receptor phosphorylation, receptor internalization, negative cooperativity, and variations of membrane phospholipid and signaling pathways. However, mechanisms involved in hypersensit ivity are still unclear now. Many diseases arise from disorders in receptors or receptor-effector systems. These malfunctions may involve expression of aberrant or ectopic receptors or coupling proteins, and variations of immunity, number , affinity and specificity of receptors.
, 百拇医药
KEY WORDS receptor regulation; desensitization; hypersensitivity; receptor kin ases; receptor internalization; receptors and diseases; oncogene; autologous ant ibody; inducible receptors
1 受体调节
体内各组织上的受体并非固定不变的，而是处于动态平衡之中。它们要遵循一定的规律进行新陈代谢，同时又会因各种生理、药物、病理因素的变化而受到调节。受体调节是维持内环境稳定的一个重要因素。其调节方式主要有两种类型：脱敏(desensitization)和增敏(hype rsensitivity)。若两者只涉及受体浓度的变化，则分别称之为：向下调节(down-regulati on)和向上调节(up-regulation)。
, 百拇医药
1.1 脱敏[1～3] 脱敏是指在使用一种激动剂期间或之后，组织或细胞所产生的对激动剂敏感性和反应性下降的现象。有时，脱敏仅局限于激动剂本身，而组织对其它激素的反应性不受影响，这种现象称之为同种脱敏(homologous desensitization)。反之，若组织对其它激素的刺激也变得不敏感，则称之为异种脱敏(heterologous desensitization)。前者可能是因受体自身的变化(如磷酸化、内移等)而引起。而后者则可能是由于所有受影响的受体拥有一个共同的反馈调节机制，或者受到调节的是它们信息传递通路上的某个共同环节。例如，β2肾上腺素受体在激动剂的持续作用下产生的同种脱敏与β肾上腺素受体激酶(β adrenergic recep t or kinase,β ARK)对受体的磷酸化有关，其磷酸化部位在受体羧基端远段的丝氨酸残基上，一个“arrestin样”蛋白随后结合到已磷酸化了的受体上，促使受体与Gs去偶联而引起脱敏。由于β ARK只对已被配体结合而激活的受体有特异的磷酸化作用，所以该受体激酶介导的是同种脱敏。另外，在某些情况下，持续刺激β2肾上腺素受体还可以引起异种脱敏，使许多可通过相应受体刺激cAMP合成的激素对该组织的反应性也降低。一般认为，这与依赖 cAMP的蛋白激酶(PKA)使受体磷酸化进而使之与Gs脱偶联有关，PKA在β2肾上腺素受体上的磷酸化部位在胞内第3个氨基酸袢的远端及受体羧基端的近段，而且，异种脱敏与胞内第3个氨基酸袢上的氨基酸残基的磷酸化是并行的。
, 百拇医药
1.2 受体脱敏的机制
1.2.1 受体的磷酸化 G蛋白偶联受体是一个很大的受体家族，它们可能均有7次跨膜的拓朴结构。它们所引起的生理功能包括激素作用、神经传递、趋化性、视觉、嗅觉及味觉等。其中许多受体都受到受体激酶(receptor kinases)的调节。它们的快速脱敏主要是由于受体的磷酸化，至少有两类不同的丝/苏氨酸蛋白激酶与此有关：(1)第二信使激活的激酶 PKA、PKC;(2)不依赖第二信使的G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases, GRKs)[ 4～6]。GRKs特异作用于被激动剂占领或激活的受体。
通过分子克隆已发现了这类激酶基因家族的许多成员，有人按发现时间的顺序加以命名(表 1)。最早发现的GRKs是视紫红质激酶(rhodopsin kinase)和β肾上腺素受体激酶。GRKs 引起的脱敏包括两个步骤：首先，GRK识别激活状态的受体，并使之磷酸化；接着，“arres tin样”抑制蛋白结合到磷酸化了的受体上。这最早在“光受体”视紫红质与视紫红质激酶间及β2肾上腺素受体与βARK1间的体外实验中获得证实。发现通过这两个步骤之后，视紫红质的磷酸二酯酶激活能力及β2肾上腺素受体的GsGTPase激活能力均被抑制。但在不同的系统中，受体磷酸化和“arrestin样”蛋白结合对脱敏机制的贡献可能不一样[ 2，4，9]。
, http://www.100md.com
用纯化的酶及在脂质体中重组的受体进行实验，发现β ARK的同功酶在体外可使许多种受体磷酸化(表1)，特别是在有激动剂存在的时候。在可渗透的大鼠嗅纤毛(olfactory ci lia)中，直接针对GRK3或β-arrestin-2的抗体可取消G蛋白偶联受体的脱敏。用免疫组化及原位杂交方法发现，在大鼠的脑中，β ARK1及β ARK2广泛地表达于已知的肾上腺素能通路内外的神经原中[2，6]。这样，许多G蛋白偶联受体便有可能通过GRK所启动的机制来调节。
G蛋白偶联受体有好几百个，而目前已克隆的GRKs仅为有限的几个，两者数目相差悬殊。每种GRK的特定的内源性受体底物尚不明确。只有视紫红质激酶由于分布局限，可将其体外数据与体内环境相联系。GRK3在嗅觉神经原中有很高的表达，而且来自嗅纤毛的数据也显示，它在气味受体的脱敏中扮演着一定的角色。GRK4主要表达于睾丸，可能使精子受体磷酸化 [4，10，11]。大多数GRKs表达于多种组织中，且没有与之明显关联的受体。
, 百拇医药
在不同的信号传导通路中，GRKs和依赖第二信使的激酶之间的相互影响也不同[4，6]。研究发现，在β2肾上腺素受体/Gs/腺苷酸环化酶系统中，β ARK1和PKA引起的脱敏之间相互独立，互不影响。相反，对于可渗透的鼻纤毛中的气味受体系统，GRK3和PKA引起的脱敏是相互依存的，其中任一种激酶受到抑制，均可使因脱敏而中断的(气味所引起的)信号得以恢复。所以，有可能存在两种激酶相独立或相协调的脱敏机制。
Tab 1 Characteristics of protein-coupled receptor kinases Kinase
Common
name
Receptorsa
Tissue distributionb
, http://www.100md.com
GRK1
Rhodopsin
Kinase
Rho,β2AR, β1AR
retina>>pin eal
GRK2
β ARK1
β2AR,α2AAR, M2AChR,α1BAR, β 1AR, Rho, SPR
leukocytes≥frontal cortex of b>>h >lu>k
, 百拇医药
GRK3
β ARK2
β2AR, M2AChR, Rho,α1BAR, β1AR, SPR ,α2AAR
b(especially olfactory tubercle,substantia nigra)>s>h,lu,k
GRK4
IT-11
Rho,β2AR
Testis>>>b,peripheral nerve(none in s ,lymphoblasts)
, http://www.100md.com
GRK5
—
Rho,β2AR, M2AChR, β1AR
h,pl, lu>sk>b,l, p>k
GRK6
—
β2 AR,Rho, M2AChR
b,sk>p>h,lu,k,pl>l
aReceptors that have been shown to be phosphorylated by the relevant k inase in vitro； Rho：rhodopsin; AR： adrenergic receptor; M2AchR：M2 mu scarinic receptor; SPR：substance P receptor. bAs determined by mRNA e xpre ssion. b：brain; h：heart; k：kidney; l：liver; lu：lung; p：pancreas; s：spleen ; sk：skeletal muscle
, 百拇医药
关于GRKs在受体上的磷酸化部位的信息还比较少。最为确切的是视紫红质激酶，它使1 ～9个磷酸盐结合到视紫红质的羧基末端，但一般认为其中只有1～2个磷酸盐与脱敏过程有关。α2肾上腺素受体的磷酸化部位已如前述。而GRKs在α2肾上腺素受体和M2胆碱受体上介导的磷酸化则主要发生在胞内的第3个氨基酸袢上[3，6，12]。
受体被激动时，与之偶联的Gs分解为两个亚单位：Gα和Gβγ。研究发现Gβγ可刺激β ARK(即GRK2和GRK3)的活性，Gα则可抑制Gβγ的作用，Gβγ对GRK1没有影响。其具体机制尚不清楚。有人发现，Gβγ可降低GRK引起的β2肾上腺素受体磷酸化的Km值；它对M 胆碱受体磷酸化的Km值没有影响，但却使其Vmax值增高10倍。另有人则认为Gβγ对β ARK的激活主要是将其从胞浆转移到底物受体所在的膜上[7]。
, http://www.100md.com
除了G蛋白偶联受体外，其它类型受体的脱敏也可能跟磷酸化有关[4，6，8]。已发现，GABAα受体可被PKA、PKC及酪氨酸激酶磷酸化而脱敏；PKA和酪氨酸激酶可使N胆碱受体对烟碱刺激的快速脱敏加快7倍。在完整的细胞中，胰岛素受体除了因配体结合导致酪氨酸残基磷酸化而激活自身的激酶活性外，在丝氨酸和苏氨酸残基上也可发生磷酸化(可能由 PKC和依赖cAMP的激酶引起)，其结果是受体的激酶活性受到抑制。
1.2.2 受体的内移(internalization) 受体内移是受体数目减少的一个重要原因。一般认为这是一种特殊的胞吞作用。其过程大致是:受体与相应的配体结合后，先丛集于被膜小凹处，继而内陷成囊状结构，并与溶酶体融合，其中的受体有的可被释放并重新参入膜中，其余的则被溶酶体酶降解成多肽[13]。激动剂促发的受体磷酸化在许多G蛋白偶联受体的内移过程中起着重要的作用，而且GRK s和arrestins在其中扮演着重要的角色[2，14，15]。
, 百拇医药
研究发现，某些受体的内移与受体脱敏有关。M3型胆碱受体的羧基端苏氨酸残基的突变，可以很明显地减少受体内移，同时也明显削弱受体脱敏的能力[16]。此外，膜受体浓度的变化也在激动剂引起的μ型阿片受体的脱敏中起着重要的作用[17]。不过更多的研究则显示，对于许多受体(如H2型组胺受体、D1型多巴胺受体及M2型胆碱受体等)来说，受体内移和受体脱敏这两个过程是相互独立的[2]。
1.2.3 其它 受体脱敏的机制还有可能涉及膜磷脂代谢的变化、信号传导系统的改变及受体的负协同效应(negative cooperativity)等[1，4]。
研究表明，某些受体的脱敏与膜磷脂酶A2(PLA2)的激活密切相关，应用PLA2抑制剂可有效地防止它们的向下调节。而有些G蛋白偶联受体在向下调节时，伴有G蛋白的相应变化。负协同效应是指受体与配体结合后，引起相邻受体构象变化，从而使其与配体的亲和力降低。胰岛素受体亲和力的变化就与此有关。
, 百拇医药
1.3 增敏 增敏是与脱敏作用相反的一种现象，它可因受体激动剂的水平降低或应用拮抗剂而引起，亦可因其它原因而出现[1]。在长时间使用普萘洛尔的情况下，突然停药可出现“反跳”现象，此时(受体的敏感性比正常增高了。用手术切断神经或用药物破坏神经原之后，可出现“去神经增敏”现象。例如，切断运动神经不仅使终板部位对乙酰胆碱的敏感性增加，而且肌肉上原来对乙酰胆碱不敏感的部位也产生了反应，并已证明N胆碱受体数目增加。另外，某些激素还可诱发其它激素的增敏反应。例如，甲状腺激素可以增加大鼠脂肪细胞对儿茶酚胺、胰高血糖素及TSH等激素的反应；饲大鼠以甲状腺激素，可促使其心肌中β受体结合部位增加。关于增敏的机制则尚缺乏深入的研究。
2 受体与疾病
以受体的改变为起因的疾病称为受体病。不过，因其它原因而产生的某些疾病中，也可表现有受体的改变。导致疾病的受体改变主要有：异常受体及异常偶联蛋白的表达，受体的免疫性、数目、亲和力及特异性的改变等。
, 百拇医药
2.1 异常受体和异常偶联蛋白 许多具有致癌性的癌基因的表达产物都是以异常受体的形式出现。其实，几乎每种信号系统都可能具有致癌的潜能。癌基因erbA的表达产物是甲状腺激素受体的一个衍生物，没有配体结合部位，正由于这种结构上的变化，它处于被激活状态，被认为可促进白血病的形成。癌基因ros、erbB的表达产物是处于激活和失控状态的胰岛素和表皮生长因子受体，都是具有酪氨酸激酶活性的受体的类似物。这类具有酪氨酸激酶活性的受体在人体细胞的生长和分化中扮演着重要的角色，研究发现，通过改变基因使其中某些受体的氨基端及羧基端结构发生一定的变化，可激活该受体的致癌潜能，而受体的催化区中特定的点突变则可促进这个作用。这类受体的过度表达连同相关细胞的自分泌作用可能也在某些癌的形成过程中起重要的作用[18，19]。另外，发现G蛋白偶联受体及G蛋白本身的变化可导致一些人类疾病。其中，导致相应肿瘤发生的癌基因gsp和gip分别是Gsα和Gi2α突变的产物[20]。
, 百拇医药 2.2 可诱导的受体(inducible receptors) 研究发现，某些病理变化可诱导一些组织表达该组织原先并不表达的新受体，这不仅为病因学研究提供了新的线索，而且使疾病治疗增加了新的靶点[21]。
哮喘患者的肺组织中出现腺苷A1受体(adenosine A1 receptor)，而正常的肺组织不表达这种受体，A1受体可能与患者呼吸道的异常高敏性有关[22]。在膀胱炎、关节炎、结肠炎及大鼠炎症模型中，相应的炎症组织上均可检测到诱导产生的缓激肽B1受体(brad ykinin B1 receptor)，该受体可能促进组织对激肽的反应性[23]。EB病毒(E pstein-Barr virus)感染的B淋巴细胞及人类疱疹病毒6和7(human herps virus 6 and 7 )感染后的T淋巴细胞上，均表达一种诱导产生的孤儿受体，称为EB1。EB1可能会妨碍白细胞对被感染细胞的作用[24，25]。
, 百拇医药
2.3 受体的自身抗体 受体的化学本质是蛋白质，具有抗原性。只是由于存在免疫自稳作用，正常个体对自身的受体不产生免疫反应。但是，多种因素(如遗传缺陷、感染等)可破坏免疫自稳状态，从而出现自身免疫反应，产生受体的自身抗体。自身抗体按其作用的不同可分为两大类：封闭型抗体和刺激型抗体。
2.3.1 封闭型抗体[26] 它可阻断受体与配体的结合或加速受体的降解，使其浓度降低，导致靶细胞的功能下降或丧失，从而产生疾病。重症肌无力(myasthenia gravis)是骨骼肌烟碱受体的自身免疫性疾病。大多数患者的胸腺髓质生发中心组织增生，其中十分之一的人有胸腺瘤，胸腺中T、B淋巴细胞异常增多。病人血中有抗烟碱受体抗体，可与全身骨骼肌表面的烟碱受体结合，妨碍乙酰胆碱接近受体的结合部位。同时，抗体(IgG)可使烟碱受体产生交联、集聚，接着内陷形成囊状结构进入胞内。其中的受体一部分可重新回到细胞表面，另外的则被溶酶体中的蛋白水解酶降解。这样下去便造成细胞上烟碱受体数目的减少，即灶性溶解(focal lysis )。灶性溶解造成的受体减少(可减至正常人的11%～30%)是致病的主要机制。此外，烟碱受体的减少还可导致突触后膜皱褶结构的简单化，及烟碱受体天然分布致密区与乙酰胆碱释放部位之间匹配定向的错误，从而加重神经传递的阻滞，使患者出现骨骼肌的易疲劳和无力等临床症状。
, 百拇医药
另外，在一些哮喘患者血液中出现的β肾上腺素受体的自身抗体也属于封闭型抗体。
2.3.2 刺激性抗体[1] 它可模拟配体的作用激活受体，使靶细胞出现功能亢进。胰岛素受体的自身抗体便属于这一类。少数有胰岛素抗性的病人，如黑棘皮症(acanthosis nigricans)糖尿病患者，他们血液中含有一种可与胰岛素受体特异性结合的异常免疫球蛋白，称之为胰岛素受体抗体。该抗体可抑制胰岛素与相应受体的结合，但其自身亦可激动受体，产生胰岛素样的生物效应。不过，一般认为该抗体只是在一个短暂的时间内可产生这种效应，效应持续一段时间后便迅速减弱，并且机体对该抗体及胰岛素的进一步刺激表现耐受性。从而临床上表现为糖尿病且耐胰岛素。
2.4 受体数目、亲和力及特异性的变化[1，18] 在哮喘病人中往往可看到肺组织及外周血细胞中的β受体数目显著减少，α受体数目增加，血液淋巴细胞对儿茶酚胺类药物的结合能力下降。也有报道说，哮喘时M受体数目增加。由于激动α、M受体可导致支气管平滑肌痉挛，故而哮喘用药时应考虑药物对受体的选择性。
, 百拇医药
甲状腺机能亢进患者的心脏及其它组织中β受体的密度增加，从而心肌细胞对儿茶酚胺的敏感性升高。甲状腺机能减退时则相反。这便是用β受体阻断剂来减轻甲亢时某些心脏症状的基础。
在病理状态下，某些受体的特异性会发生变化，从而与过量的非特异配基相作用并产生效应，而在正常情况下它们之间可能完全不起反应。如，患绒毛膜癌时，过量的hCG可激动TSH 受体而出现甲状腺机能亢进状态；在肢端肥大症患者体内，过量的hGH可作用于催乳素受体，从而出现溢乳及闭经等现象。
作者简介：陈崇宏，男，53岁，教授，主要从事神经药理学研究；
徐叔云，男，教授，博士生导师，安徽医科大学名誉校长
参考文献
1 Joel GH， Lee EL eds. Goodman and Gilmans. The Pharmaco logical Basis of Therapeutics,9th ed,New York:McGraw-Hill,1996:11
, 百拇医药
2 Krupnick JG,Benovic Jl. The role of receptor kinases and arrestins in G prote in-coupled receptor regulation. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 1998;38 :289～319
3 Mcdowell JH, Nawracki JP. Phosphorylation sites in bovine Rhodopsin . Biochemistry,1993;32:4968～74
4 Pitcher JA,Freedman NJ,Lefkowitz RJ. G protein-coupled receptor kinases. Annu Rev Biochem,1998;67:653～92
5 Haga T, Haga K, Kameyama K. G protein-coupled receptor kinases. J Neurochem,1994;63: 400～12
, 百拇医药
6 Inglese J, Freedman NJ, Koch WJ, Lefkowitz RJ. Structure and mechan ism of the G protein-coupled receptor kinases.J Biol Chem,1993;268:23 735～8
7 Clapham DE, Neer EJ. G protein βγ subunits. Annu Rev Pharmacol Toxicol,1997;37: 167～203
8 Yarden Y, Ulrich A. Growth factor receptor tyrosine kinases. Annu Rev Biochem,1988;57: 443～78
9 Proment RT,Koch WJ. Identification,purification,and characterizatio n of GRK 5,a member of the family of G protein-coupled receptor kinase. J Biol Chem, 1994; 269:6832～41
, http://www.100md.com
10 Sallese M,Mariggio S. G protein-coupled receptor kinase GRK4. J Bio l Chem,1997;272:10188～95
11 Diviani D,Lattion A,Larbi N. Effect of different G protein-coupled receptor kinase on phosphorrylation and desensitization of the α1B- adrenergic r eceptor. J Biol Chem,1996;271:5049～58
12 Fredericks ZL,Pitcher JA. Identification of the G protein-coupled receptor kinase phosphorylation sites in the human (β2-adrenergic receptor. J Biol Chem,1996;271:13796～803
, 百拇医药
13 Koening JA,Edwardson JM. Endocytosis and recycling of G protein-coupled rec eptor.armaco logical Basis of Therapeutics,9th ed,New York:McGraw-Hill,1996:11
14 Ferguson SG ,Downey WE.Role of β-arrestin in mediationg agonist-promoted G protein-coupled receptor internalization.Science,1996l;271:363～86
15 Ferguson SG,Downey WE. Role of Phosphorytlation in agonst-pro-moted -adrenergic receptor sequstration. J Biol Chem,1995;270:24728-9
, 百拇医药
16 Yang J,Williams JA, Yule DI. Muation of carboxly-terminal tyhre-onine residuses in human M3 muscarinic acetylcholine receport mod-ulates the extent of sequestration and desensitization. Mol Phar-macol, 1995;48:477-85
17 Pak Y, Kouvelas A, Scheideler MA. Agonist-induced functional desensitization of the -opioid receptoe is mediated by loss of mem-branc receptor rather than uncoupling from G protein. Mol Phar-macol, 1996;50:1214～22
, 百拇医药
18 Evans RM. The steroid and thyroid hormone receptor superfamily. Science,1998;240:889～95
19 Lyons J,Landis CA,Harsh G.Two G protein oncogenes in hu-man endocrine tumors,Science,1990;249:655～59
20 Clapham DE.Mutations in Gprotein-linked receptors:novel in-sights on disease.Cell,1993;751237～9
21 Donaldson LF ,Hanley MR,Villablanca AC.Inducible receptors.Tips,1997;18:171～81
, 百拇医药
22 Nyce JW,Metzger WJ.DNA antisense therapy for asthma in ananimal model.Nature,1997;385:721～5
23 Perkins MN,Kelly D. Induction of bradykinin B1 receptor in vivo in a model of ultra-violet irradiation-induced thermal hyperalgesia in the rat. Br J P harmacol,1993;110:1441～4
24 Birkenbach M, Josefsen K. Epstein-barr virus-induced genes:first lyphocyte -specific G protein-coupled peptide receptors. J Virol,1993;67:2209～20
25 Hasegawa H,Utsunomiya Y. Induction of G protein-coupled peptide receptoe EB I1 by human herpes virus 6 and 7 infection in CD4+ T cells. J Virol,1994; 68:5326～9
26 孙曼霁,罗质朴.乙酰胆碱.见:韩济生主编. 神经科学纲要,北京：中国协和医科大学. 北京医科大学联合出版社，1993:322～43, 百拇医药