β-arrestin与β-肾上腺素受体

2012年度诺贝尔化学奖授予了美国科学家罗伯特.莱夫科维茨（Robert J.Lefkowitz）和布莱恩.克比尔卡（Brian K.Kobilka）,以表彰他们在G蛋白偶联受体研究中的贡献。从Robert J.Lefkowitz最初研究β-肾上腺素受体（β-adrenergic receptor,β-AR）减敏机制时发现β-arrestin1至今已有20多年,随着对β-arrestin在细胞信号转导中作用研究的逐渐深入,发现β-arrestin参与β-AR的减敏、内化和降解;近年来又发现,依赖β-arrestin的β-AR信号转导通路具有＂偏向激活＂现象,并提示这种依赖β-arrestin的＂偏向激活＂信号转导通路具有心脏保护作用。β-肾上腺素受体阻滞剂的发现和临床应用被视为20世纪药物治疗学上里程碑式的进展,是药物防治心脏疾病的最伟大突破,很多心血管药物都以β-AR为靶点。但是,由于目前受体药物均是针对受体本身的调控,这样在阻断了受体介导的病理性信号通路和功能的同时,也阻断了受体介导的正常生理性信号通路和功能,造成了严重的毒副作用。所以,研发能选择性阻滞β-AR过度激活介导的病理性信号通路和功能的同时,保留受体介导的正常生理性信号通路和功能（如β-arrestin信号通路）的药物,对治疗心血管疾病有重要意义,受体功能选择性的配体药物将成为未来药物的研究方向。该文将回顾β-arrestin的发现过程,综述其与β-AR的相互作用,期望能为心脏疾病的药物治疗提供参考。     

β-Arrestins参与GPCRs信号通路的分子机制

β-抑制蛋白(β arrestins)是一类在β肾上腺素受体激酶（βARK)提纯过程中发现的重要支架蛋白和信号调控因子;G蛋白偶联受体（GPCRs）为7次跨膜受体,在细胞信号转导中发挥关键作用,是很多临床药物的作用靶点. β-抑制蛋白作为衔接蛋白,调控GPCRs相关的信号通路,介导GPCRs的脱敏、内化、循环、复敏等生理过程,影响多种疾病的进程. 本文总结了β-抑制蛋白参与GPCRs信号通路的研究进展,侧重阐明了其中的分子机制,以期为开发新一代调控GPCRs功能活性的相关药物提供理论基础.     

TGF-β/Smads信号转导通路的研究进展

转化生长因子（TGF）-β超家族成员的重要生物学功能正日益引起人们的重视。受体介导的胞内信号转导研究近年有较大进展,特别是Smads蛋白介导的信号转导通路为阐明TGF-β超家族的作用机理提供了一条重要线索。TGF-β/Smads信号的转导受到机体严密的调控,并与其他信号通路存在着广泛的交叉对话效应。综述了对TGF-β/Smads信号转导通路的机制、调控,及其在维持机体正常生理功能和疾病发生中的作用的研究进展。     

G蛋白偶联受体相关分选蛋白功能特征与相关疾病研究进展

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)作为最大的一类膜蛋白受体家族,可被多种配体激活并发挥相应的信号转导功能,参与生物体内重要的生理过程。G蛋白偶联受体相关分选蛋白(G protein-coupled receptors associated sorting proteins, GASPs)则对内吞后的GPCRs分选过程发挥着重要的作用,并介导受体进入降解或再循环途径,进而调控细胞的信号转导等过程。研究发现GASPs的功能缺陷与多种疾病相关,包括神经系统疾病、肿瘤和耳聋等。本文重点介绍了G蛋白偶联受体相关分选蛋白的功能特征及其相关信号通路,描述了GASPs功能缺陷与疾病的关联性及家族蛋白与GPCRs的相互作用、GASPs分选途径的发现、参与的信号通路及对基因转录调控,以期为GASPs相关多种疾病的治疗提供新的思路和策略。     

β-拘留蛋白2的活性调控机制

β-拘留蛋白2(β-arrestin2)是arrestins家族的一个成员,广泛表达于全身组织,其不仅可以调节大多数G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors,GPCRs)的脱敏、内化,还能调节多种非GPCRs的内化,或作为支架蛋白质参与MAPK、PI3K/AKT等信号通路。越来越多的研究发现,β-arrestin2在肿瘤、自身免疫性疾病、纤维化疾病、心血管疾病、代谢性疾病等多种疾病进展过程中表达异常,提示其可能在疾病的病理过程中发挥重要的调控作用。β-arrestin2功能的发挥不仅与其在细胞中的表达水平有关,更依赖于对其活性的调控。但对于β-arrestin2的活性如何被调控,以及其活性如何影响其生物学功能的关注较少。近年来,陆续有研究报道了β-arrestin2可发生磷酸化、泛素化、SUMO化、S-亚硝基化等翻译后修饰,探讨了其翻译后修饰的可能位点,并发现翻译后修饰可影响β-arrestin2的细胞定位、调节受体内吞的作用、β-arrestin2与信号分子的相互作用及下游信号通路,对了解β-arrestin2活性调控在细胞中的作用具有重要意义。本文在介绍β-arrestin2的结构特征及其参与的信号转导通路的基础上,对近年来β-arrestin2的翻译后修饰等活性调节机制的研究进展进行综述,以期为以β-arrestin2为可能靶点的药物开发提供参考。     

β2 肾上腺素受体激动剂治疗心衰研究进展

慢性心衰作为发病率和死亡率很高的一种疾病,其主要表现为心脏供血功能下降,无法满足身体需求。β 肾上腺素受体信号通路对 于维持心脏正常生理功能有重要意义,心衰时,β 肾上腺素受体信号通路也发生很大改变。基于对 β 肾上腺素受体信号通路的机制研究, 目前 β1 肾上腺素受体拮抗剂被广泛应用于心衰治疗,但 β2 肾上腺素受体的功能还有争议。综述 β2 肾上腺素受体在心衰过程中作用的研究 进展,提出 β2 肾上腺素受体激动剂联合 β1 肾上腺素受体拮抗剂治疗心衰的策略,旨在为心衰治疗药物的开发提供参考。     

Hippo信号通路与心血管发育及疾病调控

心血管疾病已成为中国乃至全球首位死亡原因,探索心血管系统发育及调控异常的原因及相关机制可以为心血管疾病的预防和治疗提供重要的科学依据。Hippo信号通路是新近发现的在调节器官大小、细胞增殖及凋亡、干细胞命运等方面具有重要功能的一条信号通路。Hippo信号通路的不同成分参与心脏血管的发育和心血管细胞增殖、分化等功能调控,影响损伤后修复及再生等过程,该通路调节异常可引起心血管疾病,如心梗、心肌肥大、血管内膜增生、动脉硬化等。本文综述了Hippo信号通路对心血管系统发育和疾病调控的相关研究及最新进展,以期为Hippo通路在心血管疾病的发病机制及临床转化研究提供潜在的理论基础。     

β-arrestin2在心血管疾病中的研究进展

β-抑制蛋白2(β-arrestin2)是一类具有多种生物学功能的细胞内蛋白质，不仅能够通过与G蛋白竞争性结合G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)从而负性调控GPCR信号通路，还可通过G蛋白非依赖性途径参与调节多种信号转导通路，对心血管系统的稳定至关重要。此外，β-arrestin2异常的表达与高血压、心力衰竭、心肌缺血再灌注损伤、心室重塑、动脉粥样硬化以及动脉瘤等多种疾病密切相关。因此，本文就β-arrestin2在心血管疾病领域的研究进展进行综述，阐述β-arrestin2结构、功能及其在炎症反应、细胞代谢中的作用和相关分子机制，以期为心血管疾病诊治提供新的思路。     

雌激素的心脏保护作用——与β1-肾上腺素受体的相互作用及其信号通路

雌激素是女性体内主要的类固醇性激素。对于心肌缺血性伤害,切除卵巢的成年雌性大鼠在β-肾上腺素受体激动时,比正常雌性大鼠呈现更严重的心肌损伤：而去卵巢后的雌激素替补组大鼠对β-肾上腺素受体激动时心肌缺血性伤害的反应则又回复到正常雌性大鼠水平,这为雌激素对抗缺血性伤害的心脏保护作用提供了证据。雌激素的这种保护作用是通过下调β1-肾上腺素受体的表达来实现的。也有研究证明,雌激素能抑制蛋白激酶A（protein kinaseA,PKA）的表达和活性,PKA是Gs蛋白／腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase,AC）／cAMP／PKA通路的第二信使,而该通路最终影响心肌的收缩功能。有初步证据表明雌激素还能抑制β1-肾上腺素受体通路下游的另一种第二信使钙调蛋白激酶Ⅱ．δc（Ca^2＋/calmodulin kinaseⅡ-δc,CaMKⅡ-δc）的活性,而CaMKII-δc参与PKA非依赖性的细胞凋亡。即时给予生理浓度雌激素可不通过雌激素受体而直接抑制心肌β1-肾上腺素受体并减弱Ca^2＋内流。此外,脑研究也显示雌激素能抑制负责调节动脉血压脑区的β1-肾上腺素受体活性。因此,雌激素和β1-肾上腺素受体之间的相互作用及其信号通路十分复杂。雌激素不仅主导性别决定,在机体其它功能例如心脏保护方面也具有重要作用。     

抑制还是转导:信号分子调节机体健康与疾病

细胞内的信号转导网络是由多条功能特异且彼此关联的信号通路所构成,它们赋予了细胞功能的多样性和可塑性,同时也必须受到精细严谨的调控。一些功能广泛的信号调节因子,如β-抑制蛋白(β-arrestin),在细胞信号转导网络完整性的维持中扮演着重要的角色。β-arrestin分子的经典功能是终止G-蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptors)下游信号转导,即受体脱敏,但最近许多研究证据表明,这种脱敏功能(负调控)还可以针对其他的信号转导途径。例如,β-arrestin能够通过不同的机制负调控三条重要的NF-κB激活通路,该功能异常则导致NF-κB持续激活以及下游炎性因子的过度分泌。此外,近年来发现β-arrestin还能作为支架蛋白介导功能性信号复合物的形成。例如,在特定外界信号刺激下,β-arrestin1能够转移至细胞核内并与组蛋白乙酰化酶p300相互作用而调控基因表达。该机制的生理意义之一反映在多发性硬化症的小鼠模型中,β-arrestin1在发病小鼠中较正常小鼠表达上调并能够显著加重病情。与之相反,在细胞质中富集的β-arrestin2参与了胰岛素激活时InsR/Akt/β-arrestin2/Src信号复合体的形成,它的缺失能够导致胰岛素耐受和2型糖尿病的发生。因此,在特定的条件下,β-arrestin对于胞内信号的传递究竟是抑制还是激活,已成为细胞信号转导中的关键问题,并在机体健康和疾病状态的相互转化中的起着重要作用。     

雌激素的心脏保护作用——与β1-肾上腺素受体的相互作用及其信号通路

雌激素是女性体内主要的类固醇性激素.对于心肌缺血性伤害,切除卵巢的成年雌性大鼠在β-肾上腺素受体激动时,比正常雌性大鼠呈现更严重的心肌损伤;而去卵巢后的雌激素替补组大鼠对β-肾上腺素受体激动时心肌缺血性伤害的反应则又回复到正常雌性大鼠水平,这为雌激素对抗缺血性伤害的心脏保护作用提供了证据.雌激素的这种保护作用是通过下调β1-肾上腺素受体的表达来实现的.也有研究证明,雌激素能抑制蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)的表达和活性,PKA是Gs蛋白/腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase,AC)/cAMP/PKA通路的第二信使,而该通路最终影响心肌的收缩功能.有初步证据表明雌激素还能抑制β1-肾上腺素受体通路下游的另一种第二信使钙调蛋白激酶Ⅱ-δc(Ca2+/calmodulin kinase Ⅱ-δc,CaMKⅡ-δc)的活性,而CaMKⅡ-δc参与PKA非依赖性的细胞凋亡.即时给予生理浓度雌激素可不通过雌激素受体而直接抑制心肌β1-肾上腺素受体并减弱Ca2+内流.此外,脑研究也显示雌激素能抑制负责调节动脉血压脑区的β广肾上腺素受体活性.因此,雌激素和β1-肾上腺素受体之间的相互作用及其信号通路十分复杂.雌激素不仅主导性别决定,在机体其它功能例如心脏保护方面也具有重要作用.     

应用进化踪迹及分子动力学模拟研究beta2肾上腺素受体突变活性

β2肾上腺素受体(β2adrenergic receptor,β2AR)是G蛋白耦联受体(G protein coupled receptors,GPCRs)超家族中的一员,也是研究治疗哮喘的关键药物受体靶标.采用进化踪迹(evolutionary trace,ET)方法分析肾上腺素受体家族跨膜区片段序列,识别出了44个保守的残基,然后将β2肾上腺素受体以及受体D130N活性突变体、D79N失活突变体进行分子动力学模拟,试图找出与受体不同功能状态相关的结构动力学特征.发现受体DRY motif中的D130远离R131而转向K149残基这一结构特征与受体活性高度关联,此外,从残基相互作用的变化推断出了受体helix 2,4 and 6伴随着受体活化而发生的运动.这些研究结果对进一步探索β2肾上腺素受体突变体的激活机制以及所诱发疾病的分子机理提供了依据.     

肾上腺素受体与心血管疾病

交感-肾上腺髓质系统在调节心血管活动中发挥至关重要的作用,而肾上腺素受体是其发挥作用的门户.肾上腺素受体是G蛋白偶联受体家族的代表性受体,介导了重要的生理信号功能.肾上腺素受体信号系统的异常是导致众多心血管疾病的主要机制,因此也是临床用药的最主要靶点.本文回顾了肾上腺素受体的发现及其研究进展,梳理了肾上腺素受体的信号转导系统及其与心血管疾病之间的关系,为肾上腺素受体的进一步研究和心血管疾病的治疗提供了理论基础.     

泛素－蛋白水解酶复合体通路对Smad通路的调节

Smad通路是转化生长因子—β(TGF—β)胞外信号自跨膜受体向核内传递的信号通路。Smads最终与靶基因启动子结合,完成TGF—β对核内基因转录的调控作用。泛素—蛋白水解酶复合体通路(UPP)是参与众多细胞生理事件的重要蛋白水解途径。Smad通路的适时关闭是完成Smads正确转录调控功能的重要机制。近3年的最新研究发现了降解Smads及Smad通路调节蛋白的泛素连接酶新成员,如Smurf1、Smurf2、SCF／Roc1、SIAH1、UbcH5等,从而证明Smad通路的关闭和调节通过UPP实现。本文首次综述了UPP对Smad通路的调节机制。     

磷酸二酯酶的心血管功能调节作用

磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)是细胞内第二信使cAMP和cGMP降解的关键酶,作为药物研发的靶点受到广泛关注。近年研究发现,PDE在心肌细胞中能与β-肾上腺素受体及一些与兴奋收缩相关的蛋白形成复合物而使细胞内信号传递区室化分布,该现象可能为PDE抑制剂治疗慢性心力衰竭提供新的启示。血管平滑肌功能调节主要为血管张力和表型的调控,PDE5抑制剂舒张血管的作用已成功应用到勃起障碍的治疗。PDE4和PDE1C等在增殖的平滑肌细胞中表达量增高,单独抑制PDE的某一亚型将为治疗与平滑肌增殖有关的疾病(如肺动脉高压、血管成行术后再狭窄)提供新的途径。本文将重点阐述近年来PDE在心血管系统功能调节研究中的主要进展,以及PDE抑制剂在心血管系统疾病治疗中的应用。     

与阿尔兹海默症相关的G 蛋白偶联受体研究进展

G蛋白偶联受体(GPCRs)在大脑信号传递中至关重要,而在阿尔兹海默症(AD)中,G蛋白偶联受体通过调控α-、β-及γ-分泌酶分泌、淀粉样前体蛋白(APP)生成及β-淀粉样蛋白(Aβ)降解,直接影响β-淀粉样蛋白在神经系统信号级联反应;另外,阿尔兹海默症中β-淀粉样蛋白的生成可以扰乱G蛋白偶联受体功能.因此,阐明G蛋白偶联受体与阿尔兹海默症发病之间的关联有助于开发以G蛋白偶联受体为靶点的阿尔兹海默症治疗药物.     

β肾上腺素受体与心力衰竭

β肾上腺素受体中的β1和β2亚型是调节心脏功能最重要的两种蛋白。在此将阐述β肾上腺素受体亚型信号转导对心脏的生理功能与心力衰竭的关系,并综合介绍β肾上腺素受体系统中一些关键蛋白的基因多态性与心力衰竭的易感性、预后及药物治疗效果的关联。最后,将探讨如何应用功能选择理论和基因组学发现新的心衰治疗靶点和新药,为新药研发和个体化医疗提供思路。     

我国科学家发现阿尔茨海默症致病的新机制

2006年11月19日,国际著名学术期刊NatMed网络版在线发表了我国科学家关于β淀粉样蛋白产生过程新机制的最新研究成果。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢院士研究组经多年研究后发现,β2-肾上腺素受体被激活后,增强γ-分泌酶的活性,进而能够增加导致阿尔茨海默症的β淀粉样蛋白的产生。这项发现揭示了阿尔茨海默症致病的新机制,并且提示β2-肾上腺素受体有可能成为研发阿尔茨海默症的治疗药物的新靶点。阿尔茨海默症(老年痴呆症)是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病,患者初期出现记…     

GPCR在类风湿关节炎中的作用机制研究进展

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis, RA)是一种以滑膜炎为特征的自身免疫性疾病,伴有异常免疫反应。G蛋白偶联受体(G protein coupled receptor, GPCR)是人体最大的跨膜受体家族,介导RA的发生发展过程,其相关信号通路在RA炎症和免疫应答过程中发挥重要作用。研究发现,GPCR/AC/cAMP相关通路,如β2-ARs/AC/cAMP、EP2/4/AC/cAMP和CXCR/AC/cAMP等信号通路,以及相关调节蛋白,如GRK和β-arrestins等,可能参与RA的淋巴细胞功能异常、血管生成及关节破坏等病理过程。由此,β2-ARs等受体以及GRK等调节蛋白可能作为RA的潜在治疗靶标。现通过简要阐述GPCR相关通路及其调节蛋白的特点,以期加深对GPCR参与RA调控的认识,为类风湿关节炎药物的开发提供新的思路。     

G蛋白耦联受体信号转导的偏向性调控及其机制研究进展

G蛋白耦联受体(G protein-coupled receptors,GPCR)被激活后信号可以经G蛋白或β-arrestin向下游传递,并且受体被激活后,由β-arrestin和G蛋白介导的胞内信号传递存在偏向性(signal bias)。这些发现使得GPCR的信号传递体系被重新认识和定义。配体和受体结合位点的细微差异被认为是这一现象产生的关键原因。现有假说认为,不同配体诱导的受体激活态构象也有不同,并由此导致胞内C末端磷酸化位点的不同。磷酸化位点差别最终决定了下游信号传递的走向。偏向性调控现象在GPCR受体家族中并不罕见,其与细胞的许多关键生理功能的精细调控密切相关。利用偏向性调控特点,有可能在减少GPCR靶点相关性副作用的同时,保留其药理学作用,这为GPCR相关的药物开发带来全新思路。