GRK2在阿尔茨海默病发病机制中的作用(1)
【摘要】阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)的发病机制被证实与一些基因的突变和变异有关，但是要完全了解AD的发病机制还有很长的路要走。其中一个研究方向是关于信号传导的缺失，主要的问题是在于G蛋白与其偶联受体的接触面。G蛋白偶联受体激酶(G-protein-coupled receptor kinase, GRK)是丝氨酸/色氨酸蛋白激酶中的很小一部分，主要作用在G蛋白与其偶联受体的表面。最近的研究指出，GRK中的GRK2和GRK5，其功能缺失与AD的发病原因密切相关。微量的、可溶性的，β-淀粉样物质(β-amyloid,Aβ)会减少受体-G蛋白接触面(receptor-G protein interface)和增高细胞溶质性GRK2/GRK5，这些增长的细胞溶质性GRK2与损坏的线粒体和神经纤维缠结(neurofibrillary tangle,NFT)共区域化。此外，不仅仅是大脑中GRK2的总水平与患者的认知水平成反比，外周血样中的也是如此。它同时会加速一个恶循环的发生，以致更多的β-淀粉样物质沉积和扩大大脑炎症，甚至可能会使前脑基底部的胆碱能神经退化。由此看来，在这个研究方向上还需付出更多的努力才能将研究结果付诸于治疗措施。本篇综述旨在阐述最近G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)以及GRK2功能缺失与Aβ间作用等在AD发病机制方面的研究进展。
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【关键词】GRK2；AD；GPCR；Aβ；血管损伤
1AD
AD俗称老年性痴呆症，已经成为影响老年人生活质量的主要疾病，但是目前没有有效的治疗方法。
过去的研究已经发现，在AD患者的大脑信号传导系统普遍处于功能极度活跃的状态[1]，特别是与各种各样的GPCR相关和它们的下游信号[2~5]。更具体地说，很多专家认为，信号转导缺失的位置是在受体-G蛋白接触面[7]，即GRK主要的作用位点[8]。
2GRK
21GRK家族GRK为丝氨酸/色氨酸激酶，由于其在受体脱敏化中的重要作用而被发现。GRK作为一种细胞溶质性蛋白质，主要的作用是与GPCR相结合后通过这些受体对下游信号进行调节。GPCR起到了这样一个信使的作用，主要调节心血管细胞的功能[9]。GRK家族成员可以根据序列同源性分为三类：视紫红质激酶/视觉激酶亚族(GRK1&GRK7)，和GRK4亚族(GRK4，GRK5，GRK6)。这些激酶都有共同的特征，但因为特殊的调节机制而被区分开来。GRK2,3,5和6在哺乳动物的组织中广泛存在，而GRK1,4,7只存在于特殊的器官，GRK1和7存在于视杆细胞与视锥细胞，GRK4存在于睾丸，小脑和肾[10~12]。β-肾上腺素受体激酶亚族(beta adrenergic receptor kinase,β-ARK)中的GRK2与GRK3可以磷酸化并调节组成性激活的GPCR[13]。
, 百拇医药
22GRK的功能GRK的功能和相互作用非常复杂并且重要，可以说是一个有着极高研究价值的领域。在结构上，GRK中心有263~266氨基酸构成的催化区，侧面与大型的氨基末端与羧基末端调节区相连。GRK的氨基末端结构域均为185个氨基酸组成并且有着结构上的同源性。上述发现均提示氨基末端结构域可能在众多的GRK中都起到相同的作用，即受体的识别作用。GRK在大脑和心肌调节很多受体的功能[14]。GRK与GPCR之间的作用机制非常复杂，简单来说就是GRK通过调节受体的反应性来完成很多重要的生理现象。GRK的主要作用是信号的整合和将活化的GPCR脱敏化[15]，即一个负向调节的过程，包括活化受体的磷酸化，受体-G蛋白结合的脱偶联化，以及启动受体的内在化。GRK使GPCR磷酸化，但是只有当受体在活化状态的时候才可以。受体的磷酸化触发了抑制蛋白的结合，从而阻止了G蛋白的活化，导致了快速的同源性脱敏化。抑制蛋白结合后，网格蛋白介导的内吞细胞将磷酸化的受体重新敏感化，并使其回到细胞膜进行再次利用[16~18]。所以说，GRK主要的功能是作用于受体-G蛋白接触面而使活化的GPCR脱敏化。GRK2已知的很多同源性结构域可以回到细胞膜，从而同时对G-α、G-β、G-γ亚基产生的信号有抑制作用。并且，最近的研究在GRK(特别是GRK2)的血小板蛋白同源结构域中发现了一个相同的小凹蛋白结合模序[19]，可能GRK本身受小凹蛋白所调节。并且，减少GRK2和抑制蛋白的表达可以使GPCR超敏化，导致对于神经肽，神经递质，趋化因子等其他分子的反应性提高。
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23GRK的表达模式GRK的不同亚型各有不同的存在位置，并且调节不同的反应。GRK普遍在心，脑，及其他组织中大量表达，并参与大脑和心脏中受体功能的调节[20]。GPCR的脱敏化和复敏化在大脑的很多功能中都有参与，并且GRK2的表达还参与到大脑发育成熟的过程。细胞周期标记和参与细胞分裂的异位表达是AD患者大脑的主要特征[21]。近期的研究发现，很多GRK与不同细胞结构的残基相结合，比如损害的线粒体，变形的血管周细胞。并且，有很多病理性的细胞结构，像是NFT样结构，或者是颗粒状空泡变性(grandular vacuolar degeneration,GVD)，都与GRK2共同存在[22]。这个研究结果最早被证实是因为一个体内的研究，它说明了GRK2在早期的脑血管疾病中被活化，这其中就包括AD。所以说GRK2的研究是AD治疗方式进展的一个重要突破口[23]。
24GRK的亚细胞位置膜整合的GPCR是GRK作用的主要底物，GRK的这种特点决定了GRK必须与膜相结合来实行它主要的功能。在静息细胞中，主要与质膜相关的GRK4亚族成员(GRK4,5,6)结合在磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinosital biphosphate,PIP2)和磷酸丝氨酸(phosphoserine, PS)上，它们随时准备与被激动剂活化的GPCR反应，同时其他主要存在于细胞质内的GRK亚型，也必须转移到细胞膜上，以便当GPCR被活化时行使作用[19,20]。因为结合位点很多很多，结合的亲和力也不同，有些因素就会对不同的GRK亚型在亚细胞位置和活性上有一定的影响[19~25]。因此可以想象到，那些可以改变这些调节因素在细胞中浓度的因素，应该也可以改变GRK的亚细胞位置和活性。
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3GRK2功能紊乱与AD的联系
GRK功能紊乱与AD发病相关的理论早在2004年就有学者提出[26]。如今笔者已经明确GRK2，血管损伤以及AD的病程之间在细胞水平及亚细胞水平有一定的关系。在用AD病例研究微血管壁细胞和神经元时，检测出GRK2在大脑中分布的变化证实了血管损伤与AD的易感因素有关[27]。通常情况下，GRK2免疫反应是与损坏的细胞成分密切相关，特别是线粒体和线粒体派生出的溶酶体，或者是GVD。含有NFT的神经元显示有大量的GRK2免疫反应。这个反应的强度细胞与细胞间是不同的，并且细胞成分间也是不同的。然而，细胞脂褐素与GRK2的免疫反应并没有关系。不过，在一些采集到的神经元中有一些AD的病理标记，比如说神经元包涵体，或者NFT，GVD，还有在微血管壁细胞内含有的高密度的免疫阳性反应。晚期的损坏解释了在原本GRK2很多的地方GRK2的免疫反应大量缺失，说明GRK2的过度表达减少了，这种减少已经被WESTERN印记证实[28]。因此，这种蛋白可以作为一种大脑损伤的早期标记，作为脑血管损伤，轻微的认知损伤和人类AD甚至动物AD患者的标志。另外，很多研究GRK2的过度表达中的免疫反应组成成分的观察发现，在淀粉样物质沉积之前，线粒体和其他细胞成分由于氧化应激诱导的损伤先出现[29]。, 百拇医药(王彦喆,孙景旭)
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【关键词】GRK2；AD；GPCR；Aβ；血管损伤
1AD
AD俗称老年性痴呆症，已经成为影响老年人生活质量的主要疾病，但是目前没有有效的治疗方法。
过去的研究已经发现，在AD患者的大脑信号传导系统普遍处于功能极度活跃的状态[1]，特别是与各种各样的GPCR相关和它们的下游信号[2~5]。更具体地说，很多专家认为，信号转导缺失的位置是在受体-G蛋白接触面[7]，即GRK主要的作用位点[8]。
2GRK
21GRK家族GRK为丝氨酸/色氨酸激酶，由于其在受体脱敏化中的重要作用而被发现。GRK作为一种细胞溶质性蛋白质，主要的作用是与GPCR相结合后通过这些受体对下游信号进行调节。GPCR起到了这样一个信使的作用，主要调节心血管细胞的功能[9]。GRK家族成员可以根据序列同源性分为三类：视紫红质激酶/视觉激酶亚族(GRK1&GRK7)，和GRK4亚族(GRK4，GRK5，GRK6)。这些激酶都有共同的特征，但因为特殊的调节机制而被区分开来。GRK2,3,5和6在哺乳动物的组织中广泛存在，而GRK1,4,7只存在于特殊的器官，GRK1和7存在于视杆细胞与视锥细胞，GRK4存在于睾丸，小脑和肾[10~12]。β-肾上腺素受体激酶亚族(beta adrenergic receptor kinase,β-ARK)中的GRK2与GRK3可以磷酸化并调节组成性激活的GPCR[13]。
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22GRK的功能GRK的功能和相互作用非常复杂并且重要，可以说是一个有着极高研究价值的领域。在结构上，GRK中心有263~266氨基酸构成的催化区，侧面与大型的氨基末端与羧基末端调节区相连。GRK的氨基末端结构域均为185个氨基酸组成并且有着结构上的同源性。上述发现均提示氨基末端结构域可能在众多的GRK中都起到相同的作用，即受体的识别作用。GRK在大脑和心肌调节很多受体的功能[14]。GRK与GPCR之间的作用机制非常复杂，简单来说就是GRK通过调节受体的反应性来完成很多重要的生理现象。GRK的主要作用是信号的整合和将活化的GPCR脱敏化[15]，即一个负向调节的过程，包括活化受体的磷酸化，受体-G蛋白结合的脱偶联化，以及启动受体的内在化。GRK使GPCR磷酸化，但是只有当受体在活化状态的时候才可以。受体的磷酸化触发了抑制蛋白的结合，从而阻止了G蛋白的活化，导致了快速的同源性脱敏化。抑制蛋白结合后，网格蛋白介导的内吞细胞将磷酸化的受体重新敏感化，并使其回到细胞膜进行再次利用[16~18]。所以说，GRK主要的功能是作用于受体-G蛋白接触面而使活化的GPCR脱敏化。GRK2已知的很多同源性结构域可以回到细胞膜，从而同时对G-α、G-β、G-γ亚基产生的信号有抑制作用。并且，最近的研究在GRK(特别是GRK2)的血小板蛋白同源结构域中发现了一个相同的小凹蛋白结合模序[19]，可能GRK本身受小凹蛋白所调节。并且，减少GRK2和抑制蛋白的表达可以使GPCR超敏化，导致对于神经肽，神经递质，趋化因子等其他分子的反应性提高。
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23GRK的表达模式GRK的不同亚型各有不同的存在位置，并且调节不同的反应。GRK普遍在心，脑，及其他组织中大量表达，并参与大脑和心脏中受体功能的调节[20]。GPCR的脱敏化和复敏化在大脑的很多功能中都有参与，并且GRK2的表达还参与到大脑发育成熟的过程。细胞周期标记和参与细胞分裂的异位表达是AD患者大脑的主要特征[21]。近期的研究发现，很多GRK与不同细胞结构的残基相结合，比如损害的线粒体，变形的血管周细胞。并且，有很多病理性的细胞结构，像是NFT样结构，或者是颗粒状空泡变性(grandular vacuolar degeneration,GVD)，都与GRK2共同存在[22]。这个研究结果最早被证实是因为一个体内的研究，它说明了GRK2在早期的脑血管疾病中被活化，这其中就包括AD。所以说GRK2的研究是AD治疗方式进展的一个重要突破口[23]。
24GRK的亚细胞位置膜整合的GPCR是GRK作用的主要底物，GRK的这种特点决定了GRK必须与膜相结合来实行它主要的功能。在静息细胞中，主要与质膜相关的GRK4亚族成员(GRK4,5,6)结合在磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinosital biphosphate,PIP2)和磷酸丝氨酸(phosphoserine, PS)上，它们随时准备与被激动剂活化的GPCR反应，同时其他主要存在于细胞质内的GRK亚型，也必须转移到细胞膜上，以便当GPCR被活化时行使作用[19,20]。因为结合位点很多很多，结合的亲和力也不同，有些因素就会对不同的GRK亚型在亚细胞位置和活性上有一定的影响[19~25]。因此可以想象到，那些可以改变这些调节因素在细胞中浓度的因素，应该也可以改变GRK的亚细胞位置和活性。
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3GRK2功能紊乱与AD的联系
GRK功能紊乱与AD发病相关的理论早在2004年就有学者提出[26]。如今笔者已经明确GRK2，血管损伤以及AD的病程之间在细胞水平及亚细胞水平有一定的关系。在用AD病例研究微血管壁细胞和神经元时，检测出GRK2在大脑中分布的变化证实了血管损伤与AD的易感因素有关[27]。通常情况下，GRK2免疫反应是与损坏的细胞成分密切相关，特别是线粒体和线粒体派生出的溶酶体，或者是GVD。含有NFT的神经元显示有大量的GRK2免疫反应。这个反应的强度细胞与细胞间是不同的，并且细胞成分间也是不同的。然而，细胞脂褐素与GRK2的免疫反应并没有关系。不过，在一些采集到的神经元中有一些AD的病理标记，比如说神经元包涵体，或者NFT，GVD，还有在微血管壁细胞内含有的高密度的免疫阳性反应。晚期的损坏解释了在原本GRK2很多的地方GRK2的免疫反应大量缺失，说明GRK2的过度表达减少了，这种减少已经被WESTERN印记证实[28]。因此，这种蛋白可以作为一种大脑损伤的早期标记，作为脑血管损伤，轻微的认知损伤和人类AD甚至动物AD患者的标志。另外，很多研究GRK2的过度表达中的免疫反应组成成分的观察发现，在淀粉样物质沉积之前，线粒体和其他细胞成分由于氧化应激诱导的损伤先出现[29]。, 百拇医药(王彦喆,孙景旭)
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