孤兒受體GPR88在相關(guān)疾病中研究進(jìn)展

曾 迪，邵漢瑞，鄒英鷹，阮永華

（昆明醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理與病理生理系，云南 昆明 650500）

G蛋白偶聯(lián)受體，也稱為七跨膜結(jié)構(gòu)域受體，人類基因組中最大的一組信號蛋白至少有800個(gè)成員[1]。其中約有一半是嗅覺受體并且具有高表達(dá)和廣泛的生理功能[2]。大量A類視紫紅質(zhì)家族受體被稱為“孤兒受體”，并且大多數(shù)沒有已知的配體，因此它們已被公認(rèn)作為治療靶點(diǎn)的最大來源[3]。根據(jù)氨基酸序列的相似性，其中GPR88屬于類視紫紅質(zhì)樣受體類同時(shí)對GPCR關(guān)鍵殘基的分析顯示GPR88與C類GPCR聚類，包括代謝型谷氨酸和γ-氨基丁酸受體[4]。最近的一項(xiàng)研究將GPR88與視紫紅質(zhì)家族聯(lián)系起來，并提示受體可能與11-順式-視黃醛相互作用[5-6]。

1 GPR88結(jié)構(gòu)及分布

GPR88在人類的染色體區(qū)域中位于1p21.3和3G1，以及大鼠的染色體區(qū)域中位于2q41，這2種受體的同源性為86%，具有384個(gè)氨基酸的開放閱讀框[7]。此外GPCR都具有相似的跨膜結(jié)構(gòu)，其肽鏈由N末端、C末端、7個(gè)跨膜α螺旋、3個(gè)胞外環(huán)及3～4個(gè)胞內(nèi)環(huán)組成。其中N端和胞外環(huán)在細(xì)胞外，7個(gè)跨膜的α螺旋反復(fù)穿過細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層，C端和胞內(nèi)環(huán)在細(xì)胞內(nèi)[8]。通過PRED-COUPLE 2.00軟件馬爾可夫模型預(yù)測GPR88將特異性G蛋白偶聯(lián)，它除7個(gè)特征性跨膜結(jié)構(gòu)域外，還具有1個(gè)N端糖基化位點(diǎn)和5個(gè)潛在的蛋白激酶C磷酸化位點(diǎn)的共有序列[9-10]。在最初的報(bào)道中，在胚胎期第16天紋狀體中檢測到GPR88蛋白，從胚胎期第16天到成年，在紋狀體、嗅結(jié)節(jié)、伏隔核、杏仁核和新皮質(zhì)中觀察到GPR88蛋白質(zhì)和mRNA的表達(dá)水平最高，而在脊髓、腦橋和髓質(zhì)GPR88表達(dá)保持離散，在皮質(zhì)層壓期間GPR88在細(xì)胞內(nèi)重新分布[11-12]。除中樞神經(jīng)系統(tǒng)外，GPR88在外周組織腎上腺皮質(zhì)和耳蝸神經(jīng)節(jié)中高水平瞬時(shí)表達(dá)，視網(wǎng)膜和脾臟中度水平的表達(dá)[13]。

2 GPR88激動劑

由于GPR88缺乏內(nèi)源性配體，GPR88信號傳導(dǎo)途徑很不清楚。因此開發(fā)有效和選擇性合成配體作為藥理學(xué)探針來闡明GPR88在人類疾病中的生理作用和治療潛力尤其重要。目前僅鑒定和報(bào)道了GPR88激動劑，主要有2種化學(xué)型：2-PCCA和2-AMPP[14-16]。

2.1 2-PCCA

2-PCCA是第一個(gè)有效的小分子GPR88激動劑，在表達(dá)GPR88的細(xì)胞中由GPR88介導(dǎo)濃度依賴性方式抑制異丙腎上腺素刺激的cAMP積聚。在表達(dá)GPR88的細(xì)胞中不誘導(dǎo)鈣動員，這表明GPR88與Gi偶聯(lián)[17]。結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系（SAR）研究表明，2-PCCA的苯胺部分適用于各種修飾的合適位點(diǎn)，Jin等[16]已經(jīng)設(shè)計(jì)并合成了一系列在苯胺部分的苯環(huán)上帶有各種取代基的類似物，并顯示出有改善的或相當(dāng)?shù)男ЯΓ哂斜?-PCCA更低的親脂性。體內(nèi)研究表明，2-PCCA（0.1～3.2 mg/kg）劑量依賴性地降低大鼠的運(yùn)動活性，并且當(dāng)與1.0 mg/kg甲基苯丙胺組合研究時(shí)，也劑量依賴性地降低甲基苯丙胺誘導(dǎo)的活動過度。但未能阻斷甲基苯丙胺的行為影響，包括改變甲基苯丙胺誘導(dǎo)的活動過度和辨別力刺激效應(yīng)[18]。2-PCCA為進(jìn)一步優(yōu)化探測GPR88體內(nèi)功能提供了基礎(chǔ)。

2.2 2-AMPP

2-AMPP為代表另一種GPR88激動劑的化學(xué)型也被發(fā)現(xiàn)，并且設(shè)計(jì)出了一系列新的2-AMPP結(jié)構(gòu)相關(guān)的4-羥基苯甘氨酸和4-羥基苯基甘氨酸衍生物來評估GPR88的激動劑活性。JIN等[17]為了獲得2-AMPP高效力的SAR信息，在胺基（位點(diǎn)A）和酰胺帽（位點(diǎn)B）處合成了一系列具有結(jié)構(gòu)修飾的類似物。其中位點(diǎn)A與羥基的交換導(dǎo)致效力增加2倍，并且和受體之間的氫鍵/靜電相互作用可能有助于激動劑活性。2-AMPP中的位點(diǎn)A可被疊氮化物、羥基、酯和酰胺基團(tuán)取代，產(chǎn)生具有良好至中等效力的類似物。位點(diǎn)B上的苯基對活性至關(guān)重要，可能是由于與受體形成芳香堆積相互作用。然而，苯環(huán)上的取代具有有限的尺寸，形狀和電子耐受性[16]。2-AMPP類似物將有助于改進(jìn)模型并探索用于優(yōu)化的結(jié)構(gòu)特征和評估受體特異性的研究。

3 GPR88與相關(guān)性疾病

3.1 GPR88與高血壓

高血壓（high blood pressure，HBP）是一種以體循環(huán)動脈血壓收縮壓（systolic blood pressure，SBP）大于或等于140 mmHg，和或者是舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）大于或等于90 mmHg為特征的慢性疾病。盡管有幾種治療方法但仍保持較高的死亡率，這表明該病理學(xué)中還涉及其他機(jī)制[19-20]。GPR88表達(dá)在主動脈中較低但是在左心房具有顯著的高表達(dá)。研究表明，GPR88存在于動脈壓調(diào)節(jié)的重要組織中，在HBP中觀察到心臟中的Gi偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)產(chǎn)生負(fù)性變性和負(fù)性變力，使得右心房和右心室傾向于降低表達(dá)，而在心房中它傾向于增加表達(dá)。因此這種受體在心臟區(qū)域傾向于減少可能有利于血壓的增加[7,21-22]。另外，GPR88在腎臟中過表達(dá)通過Gi信號傳導(dǎo)使得腎素分泌增加試圖避免腎臟水平的損傷[23]。因此HBP模型大鼠的血漿腎素水平增加，也許受這種受體過度表達(dá)調(diào)控，不排除這種受體可能具有代償作用[7]。

3.2 GPR88與酒精使用障礙

酒精使用障礙（alcohol use disorders，AUDs）是慢性復(fù)發(fā)性疾病，其特征是過量飲酒和失去對消費(fèi)的控制，并且對個(gè)人的健康和生產(chǎn)力產(chǎn)生顯著影響[24-25]。酒精作為一種復(fù)雜的藥物，在神經(jīng)生物學(xué)水平上可以改變多個(gè)分子靶點(diǎn)的活動，并引發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中基因表達(dá)和突觸可塑性的廣泛變化，負(fù)責(zé)獎(jiǎng)勵(lì)，情緒和決策[26-27]。小鼠中的GPR88基因敲除導(dǎo)致酒精尋求和服用行為增強(qiáng)，低的酒精誘導(dǎo)的條件性位置偏好與伏隔核（nucleus accumbens，NAc）中酒精對細(xì)胞外多巴胺水平的增加有關(guān)，這表明在突變小鼠中酒精獎(jiǎng)勵(lì)減少。研究擴(kuò)展到更廣泛的成癮線路，在活體動物中使用靜息狀態(tài)功能磁共振成像（Rs-fMRI），最終證明了在有風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)人中，活體敲除小鼠的中腦皮質(zhì)邊緣電路內(nèi)功能連接的改變，其模式與觀察到的網(wǎng)絡(luò)改變存在相似[28]。

3.3 GPR88與焦慮

焦慮癥（Anxiety disorders）是世界范圍內(nèi)最常見的、復(fù)雜的精神疾病，全球終生患病率約為16%，對受教育程度和隨后疾病的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生重大影響[29]。前期文章報(bào)道GPR88在參與調(diào)節(jié)焦慮的央杏仁核（central amygdaloid nucleus，CeA）、紋狀體腹側(cè)、紋狀體末端前核和外側(cè)隔膜中表達(dá)[30]。GPR88基因敲除小鼠改變了神經(jīng)元樹突棘形態(tài)，以及CeA區(qū)域的基因轉(zhuǎn)錄活性和多巴胺水平[31]。另外，Meirsman等[31]確認(rèn)GPR88基因敲除小鼠中的焦慮水平顯著降低，包括高架十字迷宮，大理石埋藏和新奇抑制喂養(yǎng)，這表明GPR88對焦慮樣行為的潛在影響。在有條件敲除A2AR-GPR88基因小鼠中發(fā)現(xiàn)表達(dá)D2R但不表達(dá)D1R的多棘神經(jīng)元GPR88 mRNA含量減少，并且行為測試顯示新奇偏好和新穎抑制攝食沒有變化，但是在總GPR88 KO小鼠中新奇偏好增加和新穎抑制攝食減少，表明在A2AR神經(jīng)元中表達(dá)的GPR88增強(qiáng)了類似于行為焦慮的行為，而不會影響沖突焦慮[32]。因此，GPR88阻斷可以作為治療焦慮相關(guān)疾病的新靶點(diǎn)。

3.4 GPR88與精神分裂癥

精神分裂癥（schizophrenia，SZ）最初被 Kraepelin等人稱為老年癡呆癥，是一種復(fù)雜的多因素依賴性的精神障礙疾病，全世界的終生患病率約為0.4%[33-34]。Meloni[25]進(jìn)行的遺傳研究顯示南非科薩人三聯(lián)體中GPR88和精神分裂癥（schizophrenia，SZ）之間存在正相關(guān)關(guān)系。GPR88基因敲除小鼠驚嚇前激素反應(yīng)（PPI）的中斷抑制行為和對興奮劑的敏感性增加，包括阿撲嗎啡直接刺激多巴胺D2受體的敏感性增加誘導(dǎo)的攀爬和刻板癥（apomorphine-induced climbing and stereotypy，AICS），及安非他明通過增加細(xì)胞外多巴胺水平間接刺激增加活動[35]。這些行為的通常是精神分裂癥中出現(xiàn)的陽性癥狀，表明GPR88基因敲除小鼠增強(qiáng)了這些異常的精神分裂樣行為。GPR88基因敲除小鼠使用高劑量D2受體拮抗劑（氟哌啶醇或利培酮）進(jìn)行抗精神病藥物治療可使興奮劑超敏反應(yīng)恢復(fù)到對照水平，改善PPI缺陷并阻斷AICS，并且GPR88基因啟動子區(qū)甲基化水平與精神分裂癥癥狀存在顯著相關(guān)[35-36]。使用苯環(huán)利定（PCP，非競爭性NMDA受體拮抗劑）誘導(dǎo)精神分裂癥樣行為大鼠模型，并且敲除伏隔核（nucleus accumbens，NAcc）中的GPR88抑制苯環(huán)利定誘導(dǎo)的過度運(yùn)動并減少這種精神分裂癥模型中社會新奇辨別的損害[37]。紋狀體GPR88基因表達(dá)的異常增加了紋狀體谷氨酸受體磷酸化和改變GABA受體組成，增強(qiáng)D1R和D2R的表達(dá)使得體內(nèi)中型多棘神經(jīng)元釋放速率增加[38]。這些GPR88遺傳失活的小鼠中通過重新表達(dá)紋狀體GPR88融合蛋白，小鼠過度活動，運(yùn)動協(xié)調(diào)能力差，基于線索的獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)受損以及獲得視覺或聽覺線索的缺陷均有所恢復(fù)，表明GPR88功能在紋狀體中的重要性[38]。人類兒童時(shí)期，8～9歲期間GPR88中的純合有害突變（p.C291X）出現(xiàn)明顯的與GPR88基因敲除小鼠的損傷相一致的言語延遲和學(xué)習(xí)障礙[39]。所有結(jié)果證實(shí)了GPR88可以調(diào)控在神經(jīng)精神疾病中相關(guān)行為，并且GPR88在調(diào)節(jié)紋狀體谷氨酸能系統(tǒng)和多巴胺能系統(tǒng)發(fā)揮的重要作用。

3.5 GPR88與運(yùn)動障礙

運(yùn)動障礙（movement disorders）是一組異質(zhì)性疾病，其特征是異常運(yùn)動過多（運(yùn)動機(jī)能亢進(jìn)）或缺乏正常運(yùn)動（運(yùn)動功能減退），表型十分復(fù)雜并且許多運(yùn)動障礙疾病沒有可用于幫助診斷的生物標(biāo)志物[11]。GPR88在基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元系統(tǒng)的輸入回路中表達(dá)，其中在紋狀體中型多棘神經(jīng)元（medium spiny neurons，MSNs）的直接和間接途徑即D1或D2多巴胺受體（D1R和D2R）中高度表達(dá)。中型多棘神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制著自主運(yùn)動，運(yùn)動學(xué)習(xí)，運(yùn)動計(jì)劃和決策等基底神經(jīng)節(jié)功能。GPR88基因敲除小鼠在新環(huán)境中表現(xiàn)出非適應(yīng)性活動過度和旋轉(zhuǎn)性運(yùn)動障礙[38]。并且紋狀體中型多棘神經(jīng)元也接受多巴胺能和增加谷氨酸能信號輸入調(diào)節(jié)[40-41]，多巴胺能和谷氨酸能信號傳遞通路與帕金森病，亨廷頓病，多動癥以及神經(jīng)精神疾病的病因和治療密切相關(guān)[42-44]。應(yīng)用6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘導(dǎo)帕金森病的大鼠模型，GPR88表達(dá)受到差異調(diào)節(jié)，在紋狀體中GPR88 mRNA表達(dá)減少但是在紋狀體MSN中GPR88 mRNA表達(dá)增加。此模型中D1受體激活對紋狀體通路中的GPR88表達(dá)產(chǎn)生積極影響，D2受體激活控制黑質(zhì)紋狀體通路中的GPR88表達(dá)。用L-DOPA治療的多巴胺替代逆轉(zhuǎn)了GPR88表達(dá)變化[45]。GPR88基因敲除負(fù)性調(diào)節(jié)DARPP-32的表達(dá)，DARPP-32作為紋狀體控制多巴胺受體中型多刺神經(jīng)元內(nèi)在標(biāo)記物的功能蛋白[46]。腦免疫組織化學(xué)染色也證實(shí)在GPR88基因敲除小鼠中磷酸化DARPP-32顯著升高，表明GPR88的缺失可以通過DARPP-32改變紋狀體功能，以及苯丙胺刺激的運(yùn)動活動的敏感性增加[35]。這些結(jié)果充分表明GPR88調(diào)節(jié)運(yùn)動功能。人類突變體Huntington基因的亨廷頓病在BACHD小鼠模型的研究表明，紋狀體神經(jīng)元中GPR88表達(dá)含量降低并且伴隨著紋狀體中型多棘神經(jīng)元的高興奮性[42]。因此，GPR88激動劑的探索可能通過增加GPR88表達(dá)并且降低中型多棘神經(jīng)元高興奮性來有效治療亨廷頓病。在人類中GPR88 突變純合子患者與亨廷頓病有關(guān)，同時(shí)證實(shí)了在 GPR88 基因敲除小鼠中觀察到現(xiàn)象，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)GPR88 在人類運(yùn)動控制和學(xué)習(xí)中的作用[39]?？傊珿PR88在基底神經(jīng)節(jié)運(yùn)動功能中起重要作用，調(diào)節(jié)可能對帕金森病、亨廷頓病和其他相關(guān)運(yùn)動障礙中的異常運(yùn)動功能正?；杏?。

4 小結(jié)

GPR88受體作為精神分裂癥，帕金森病，焦慮癥，雙相情感障礙，抑郁癥的一種有前途和有吸引力的治療靶點(diǎn)，通過基因敲除和轉(zhuǎn)錄分析研究闡述GPR88功能和生化信號傳導(dǎo)的方式。免疫組織化學(xué)評估各個(gè)腦區(qū)GPR88的解剖分布和表達(dá)水平。敏感和通用的高通量篩選試驗(yàn)，有助于GPR88合成激動劑配體。

事實(shí)上，對GPR88進(jìn)行深入的研究可加速對GPR88生物學(xué)功能的理解，促進(jìn)GPR88作為藥物靶標(biāo)的評估，為潛在的相關(guān)的疾病治療開辟新的途徑提供重要的理論依據(jù)。