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。     

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。     

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。     

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。     

人趋化因子受体CCR3与β-arrestin相互作用研究

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors，GPCRs)主要负责介导细胞内外跨膜信号转导功能，是重要的药物靶点. β-arrestin作为GPCRs行使功能的重要途径之一，其对调节GPCRs信号转导过程有重要意义. 但目前对于β-arrestin如何与GPCRs相互作用并调控其信号转导功能尚不十分清楚.本文以趋化因子受体3(CC chemokine receptor 3，CCR3)为研究对象，构建了β-arrestin与CCR3的共表达体系，利用激光共聚焦荧光成像与荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）技术研究了β-arrestin与CCR3在活细胞水平的相互作用，利用RNAi和趋化实验考察了β-arrestin对CCR3稳转细胞趋化行为的调控作用，并在体外利用石英晶体微天平（quartz crystal microbalance, QCM）技术测定了β-arrestin突变体（R169E）研究与CCR3之间结合常数. 结果显示，趋化因子CCL11（chemokine C-C motif ligand 11）刺激CCR3表达细胞，会使β-arrestin与CCR3在胞内的距离发生变化，β-arrestin蛋白被募集到细胞膜处，证明β-arrestin参与了CCR3介导的信号转导过程，二者存在显著相互作用. 通过转染β-arrestin-siRNA将β-arrestin沉默后，CCL11、CCL24诱导CCR3稳转细胞迁移数明显降低，而CCL5对CCR3稳转细胞的迁移效率未受到显著影响，表明不同趋化因子对CCR3与β-arrestin相互作用具有不同的调控效果，体外结合实验进一步证实了β-arrestin与CCR3的相互作用，β-arrestin突变体与CCR3的体外结合常数KD为1.35×10-7. 综上所述，β-arrestin可以与CCR3发生相互作用，从而在CCR3介导的细胞跨膜信号转导及细胞趋化过程中发挥着重要作用.     

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。     

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。     

β-arrestin的生物学研究进展

β-arrestin 1和2是一类介导受体脱敏的重要可溶性蛋白质,对绝大部分与受体偶联G蛋白介导的信号转导具有重要调节作用,在G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)脱敏、内化、复敏、细胞增殖反应和基因转录中具有重要地位.对β-arrestin介导的复杂信号通路的研究将揭示它们的调节功能对人类健康的影响,有助于开发新一代影响GPCRs的药物.     

叉头框(Fox)转录因子家族的结构与功能

叉头框(forkheadbox,Fox)蛋白家族是一类DNA结合区具有翼状螺旋结构的转录因子,目前已有17个亚族。Fox蛋白不仅能作为典型的转录因子通过招募共激活因子等调节基因转录,有些还能直接同凝聚染色质结合参与其重构,协同其他转录因子参与转录调节。PI3K-Akt/PKB、TGFβ-Smad和MAPKinase等多条信号通路都可以影响Fox蛋白的磷酸化水平,从而调节其活性。Fox蛋白在胚胎发育、细胞周期调控、糖类和脂类代谢、生物老化和免疫调节等多种生物学过程中发挥作用。     

G蛋白偶联受体的双聚化及其对受体介导信号转导的影响

近年来发现一些G蛋白偶联受体（GPCR）能在细胞膜上形成同源或异源双聚体,并证实受体的双聚化为一些有重要生理功能的GPCR在细胞膜上的表达和信号转导的启动所必需,进一步研究表明,一些GPCR的双聚化不仅可以改变受体与配体结合的特异性和亲和力,而且影响GPCR介导的信号转导的调控,这些结果提示,GPCR之间以及GPCR与其它蛋白在细胞膜上的相互作用是调控GPCR转导信号的一个新途径。     

β-arrestin2在可卡因诱导的奖赏行为中的作用

β-arrestin2是G蛋白偶联受体的负反馈调控蛋白,介导受体的脱敏,此外β-arrestin2还可以通过招募信号分子,介导G蛋白非依赖的信号传导过程。β-arrestin2广泛分布于各重要脑区,参与神经环路的信号传递。本文旨在研究β-arrestin2在可卡因诱导的小鼠奖赏行为中的作用。采用β-arrestin2基因敲除小鼠(Arrb2/),检测了β-arrestin2在不同剂量可卡因诱导的条件性位置偏爱(conditioned place preference,CPP)形成中的作用,还检测了其在可卡因诱导的自主活动性变化中的作用。结果显示,在中等剂量(20mg/kg)和高剂量(30mg/kg)可卡因诱导的CPP实验中,Arrb2/小鼠比野生型小鼠(Arrb2+/+)表现出更强的可卡因诱导的位置偏爱,而在低剂量(10mg/kg)可卡因实验中两者无显著性差异。可卡因诱导的Arrb2/小鼠的自主活动性显著低于Arrb2+/+小鼠。以上结果提示,β-arresstin2在可卡因诱导的奖赏行为中起重要作用。     

蛋白质修饰对Wnt信号通路的调控

Wnt信号通路与细胞的生长发育和分化等密切相关,是细胞中重要的信号转导途径,在 多种癌症中,都有该通路的异常改变.Wnt信号通路主要是通过一系列蛋白将Wnt信号传导至β连环蛋白（β-catenin,β-cat）,使后者入核并与转录因子T细胞因子/淋巴细胞增 强因子（T cell factor / lymphoid enhancer factor,TCF/LEF）结合,从而促进下游基因的转录,进而调控细胞的多种生理过程.在该通路中,涉及轴蛋白（Axin）、结肠腺瘤样息 肉病蛋白(adenomatous polyposis coli,APC)、糖原合酶激酶3β (glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β)、β连环蛋白和酪蛋白激酶I (casein kinase I,CKI)等众多调节因子,这些因子能发生多种化学修饰,如磷酸化、泛素化（ubiquitylation）、苏素化 (small ubiquitin related moditier,SUMO)和乙酰化等,从而影响β连环蛋白、T细胞因子的稳定性、细胞定位以及活性,最终起到调节Wnt信号通路的作用.     

强啡肽单抗融合蛋白的克隆、表达及功能分析

G蛋白偶联受体(GPCR)长期以来是最重要的药物靶点家族,小分子药物层出不穷。然而受研发难度的限制,针对GPCR的抗体或大分子类药物屈指可数。我们利用选择性靶向κ阿片受体(KOR)且无法激活下游信号的单克隆抗体连接强啡肽(Dynorphin)基因、HEK 293F系统进行表达,纯化获得KOR强啡肽单抗融合蛋白,我们将此融合蛋白命名为APF(antibody-peptide fusion)。结果显示,获得的单抗融合蛋白二级结构未显著改变,保持了Dynorphin活性,可激活KOR相关下游蛋白(Gi)活性,调动β-arrestin信号。结果证明,基因层面实现抗体药物改构的可行性,该法可指导新一代抗体偶联药物的改造,为以GPCR为靶点的大分子药物开发提供了新的空间。     

果蝇长寿基因methuselah的研究进展

果蝇Drosophila 3号染色体上methuselah （mth）基因发生突变后, 成年果蝇的平均寿命会延长约35%, 并且对一系列外界胁迫因素如饥饿、 高温、 百草枯（可产生强氧化性自由基）的耐受性会显著增强。研究表明mth编码的Mth蛋白属于B家族G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR）, 其内源性配体是sun基因编码的小分子肽Stunted。现已发现敲除sun基因或者过表达Mth受体的肽类拮抗剂均能延长果蝇的寿命。Mth受体是目前发现的首个与动物衰老调控相关的GPCR, 该受体除了具有GPCR典型的7次跨膜结构外, 还具有其独特的胞外结构域, 该胞外结构域能够与多种配体结合。Mth受体的生理功能主要体现为： 维持生物体内环境稳态和新陈代谢的平衡, 参与调控果蝇的寿命、 应激反应、 雄性种系干细胞数量和感知运动能力等。目前对Mth受体的研究尚处于起步阶段, 其工作机理的解析对于我们揭示GPCR如何参与寿命的调节具有重要意义, 为我们开发延长人类寿命的新药提供了可能。鉴于此, 本文主要对果蝇Mth受体的结构功能、 配体及其寿命调控信号转导通路等方面做了总结, 并对Mth受体寿命调控信号通路的实用研究价值做了一些展望。     

mGluR 1／5介导的下游信号通路

代谢型谷氨酸受体l／5（mGluR1／5）是G蛋白偶联受体家族C的重要成员之一,该受体及其介导的下游信号在调节神经系统的正常生理功能起着非常重要作用,并与相关神经系统退行性疾病密切相关。文章介绍了mGluR1／5所介导的信号通路、信号通路调控的分子机制以及其他GPCR受体的相互作用对信号共同调节的分子机制等方面最新研究进展。     

microRNA生物合成的调控进展——TGFβ/Smad信号途径的作用

microRNA（miRNA）是一类非编码的小分子单链RNA,主要通过转录后抑制靶基因表达调节各种生物功能。miRNA表达水平在正常发育过程中以及在癌症及心血管疾病等各种疾病中发生变化。目前控制miRNA生物合成的信号途径以及调节机制尚未完全阐明。miRNA基因转录后在大蛋白复合体的介导下经一系列协调加工过程形成成熟的miRNA。近来发现转化生长因子β（TGFβ）信号途径的转导因子Smad蛋白在细胞核内调节miRNA的加工处理过程起重要作用。本文主要综述TGFβ/Smad信号途径在miRNA生物合成中的调节作用。     

生物感受器纳米体揭示源自核内体的G蛋白偶联受体的信号传导

<正>配体与位于细胞膜表面的G-蛋白偶联受体(GPCR)如β2肾上腺素受体(β2-ARs)结合,促进异源三聚体G蛋白解离,这代表了GPCR介导的信号转导的起始,是调控细胞生化反应的关键步骤。激活的β2-ARs磷酸化并与β-抑制蛋白结合,经网格蛋白包被的衣被小泡内吞,由此认为经典的β2-ARs信号局限于细胞膜上。作者构建了两种纳米粒,Nb80能选择性与配体β2-ARs复合体结合并能稳定激活的受体构象,可作为受体激活的生物感受器;Nb37能特异性识别刺激性G蛋白Gαs,是活化Gαs的生物感受器。采用全内反射荧光显微镜(TIRF),作者观察到β2-ARs位于静息状态的HEK293细胞膜上,而Nb80-GFP     

利用四环素调控系统研究 CHIP 对TGF-β信号通路的抑制性调节

为了研究伴侣分子相互作用蛋白 CHIP 对 TGF-β信号通路的调控,利用四环素基因表达调控系统,建立四环素调控表达 CHIP 的稳定细胞系 (Mv1Lu-Tet off-CHIP). 利用此细胞模型,发现 CHIP 的过量表达可显著降低细胞内 Smad2/3 蛋白水平;荧光素酶报告分析也表明开启 CHIP 蛋白表达可明显降低 Smads 介导的基因转录活性;进一步的免疫印迹结果显示 CHIP 蛋白可明显下调 TGF-β所诱导的下游基因 JunB 的表达 . 上述结果提示 CHIP 可以作为一种新的蛋白质分子抑制性调节 TGF-β信号通路 .     

转化生长因子-β信号传导的Smad通路

转化生长因子-β(TGF-b)的信号传导主要通过激活Smad通路实现, Smads复合物与靶基因启动子结合完成对基因转录的调控作用. 多种转录共激活因子和转录共抑制因子与Smads直接结合, 从而协同参与Smads与基因启动子的结合以及对基因转录的调控. 泛素-蛋白水解酶复合体通路(UPP)对Smads的降解是Smad通路的终止机制. TGF- β也能激活MAPK通路等其他信号通路. Smad通路和其他信号通路之间的对话构成了TGF-β信号传导的复杂调节网络.     

G蛋白偶联受体突变及其相关疾病

G蛋白偶联受体（GPCR）是最大的蛋白质受体超家族之一,参与调节各种生理过程,在信号识别和转导中起重要作用。GPCR的突变及基因多态性将引发各种疾病,目前已经发现有30多种单基因疾病与此相关。介绍了GPCR功能失调的分子基础,在此基础上对一些GPCR突变以及相关疾病做了综逑,并指出了其治疗意义。