大麻CB2受體分子生物學信號及信號傳導機制①

李晶 王馨 龍云 王娜

(1.重慶三峽醫藥高等專科學校 重慶 404120; 2.重慶市重鋼總醫院 重慶 400084)

幾個世紀來,大麻一直被用作治療和娛樂用途,甚至出現濫用現象。大麻中主要成分是9-THC,發揮作用主要通過2種G蛋白偶聯受體:CB1(Cannabinoid receptor 1)亞型和CB2(Cannabinoid receptor 2)亞型。大麻CB1和大麻CB2是大麻素△9-THC在體內作用的主要受體,CB1主要調節精神方面的作用,CB2則主要調節免疫系統。CB1主要存在于中樞和外周神經組織,CB1受體被作為許多疾病治療的新靶點,例如肥胖,酒精依賴癥,帕金森和鎮痛等。CB2受體主要存在于免疫組織,如脾臟和白細胞,這一分布特點也提示CB2受體激動劑可能在抑制腫瘤和炎癥調節方面具有潛在作用。最近CB2受體激動劑被證明可以有效用于神經性疼痛的鎮痛,這一作用和CB2受體主要分布于外周有關,CB2激動劑產生神經鎮痛作用同時卻沒有CB1受體激動劑鎮痛產生的精神方面副反應。

CB2受體cDNA最早從人類急性粒細胞性白血病細胞系HL-60細胞中克隆獲得。CB1受體從不同脊椎動物如哺乳動物,鳥類,魚類和兩棲動物體內均已克隆獲得;CB2受體只從哺乳動物體內克隆獲得。2種受體在基因序列上只有44%同源性,7次跨膜結構中有68%氨基酸相同。CB2受體的氨基域和CB1受體相比較短,人類和大小鼠的CB2蛋白結構上特別是氮端具有很大程度一致性,在這個區域大鼠分別比人/小鼠多50/63個氨基酸。

1 CB2的結合特點

跨膜結構域的苯基丙氨酸突變可以降低CB2選擇性激動劑WIN55212-2的親和力大約14倍;相似位置纈氨酸突變可以增加WIN55212-2對CB2受體親和力約12倍。通過CB1和CB2結合位點對接試驗檢測WIN55212-2選擇性差異,結果顯示親和力不同主要是由于S3.31處絲氨酸和F5.46殘基的相互作用而產生。CB2受體選擇性可以通過增加配體脂溶性基團作用于F5.46段和S3.31處形成氫鍵而被增強。有越來越多的研究發現配體結構略有差異,但作用方式卻截然不同。大麻素類激動劑采用不同結合和激活方式作用于CB1/CB2受體且不同激動劑可能選擇性激活不同信號傳導通路。CB2激動劑選擇性不同可能帶來不同治療作用,通過選擇調節性激動劑激活對應治療避免激活潛在不好的副反應。

2 CB2受體表達的調節

雖然CB2受體大多被報道存在于免疫細胞,但最近有研究證明在中樞神經系統也分布有少量的CB2受體。多種疾病誘導中樞神經系統慢性炎癥發作時,神經組織CB2受體水平出現顯著上調。巨噬細胞中CB2受體在炎性刺激如脂多糖等作用下表達調節與cAMP蛋白激酶-cAMP應答通路有關。

3 G蛋白偶聯信號傳導

CB1和CB2受體都屬于G蛋白偶聯受體,具有七次穿膜結構,通過激活胞內G蛋白調節胞內效應器發揮作用。通過G蛋白偶聯受體激活后GTP轉變為GDP,這一過程包括受體上的G蛋白解離和α-GTP和βγ亞單位,兩者繼續調節下游效應器。

4 效應器調節

CB1/CB2受體與胞內多種效應器相偶聯,CB1/CB2均可調節腺苷酸環化酶活性和胞外調節有絲分裂素激活蛋白激酶類活性。CB2活化可以激活神經細胞和免疫細胞內游離鈣離子快速短暫性增加。最近的研究發現大麻藥物作用于CB1/CB2受體后通過刺激PI3K /Akt(the phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B)信號通路促進皮層細胞和少突膠質細胞祖細胞的存活。CB1受體可以結合某些離子通道產生抑制電壓門控鈣離子通道和激活鉀離子內流的生理作用,CB2則不能。

5 腺苷酸環化酶

大麻素對CB2轉染CHO細胞和COS細胞產生濃度依賴性抑制腺苷酸環化酶的活性。大麻素減少了可表達CB2受體的人體淋巴細胞和大鼠脾細胞內cAMP水平。CB2受體信號傳導級聯反應所需G蛋白均為Gi/oα型。CB2受體調節免疫功能一定程度上是通過減少腺苷酸環化酶實現的。CB1/CB2受體轉導胞內信號方式可能完全不同。

細胞外信號調節激酶/絲裂原活化蛋白激酶(ERK/MAPK)信號傳導通路大麻素可以激活內在性表達CB2受體HL-60細胞和CB2轉染CHO細胞的P42/P44 ERK-MAPK。大麻素調節細胞外信號調節激酶/絲裂原活化蛋白激酶信號傳導通路具有時間和濃度依賴性。內源性大麻素激活體內免疫細胞CB2受體后調節激酶/絲裂原活化蛋白激酶信號傳導與它們的遷徙有關。通過應用分裂原活化蛋白激酶抑制劑PD098059對比發現,大麻素調節ERK-MAPK減少可抑制IL-2產生,這解釋了通常大麻素化合物引起的免疫抑制作用。

6 鈣離子短暫性增加

用大麻素對轉染CB2的CHO細胞和表達CB2受體的HL-60細胞受體進行刺激,CB2受體可通過磷脂酶-Cβ(PLCβ)調節機制引起胞內游離Ca2+短暫性增加。Ca2+離子濃度短暫性升高與大麻素藥物濃度呈依賴性關系,這一機制可以被百日咳毒素或選擇性CB2拮抗劑預處理而發生阻斷。曾有報道CB2轉染CHO細胞不能升高胞內游離Ca2+離子濃度,不同試驗結果的主要原因可能是由于CB2激動劑選擇性差異。

7 神經酰胺的合成

有研究報告證明神經酰胺聚集參與了大麻素誘導神經膠質瘤細胞凋亡,這一發生機制依賴于CB2受體的激活。CB2受體信號在細胞凋亡前具有重要的作用,選擇性大麻素CB2受體激動劑有可能在未來作為一類新的藥物應用于臨床用于延緩各種癌癥細胞生長。

三磷酸肌醇激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)所介導的信號傳導通路細胞的存活和PI3K/Akt通路有關。大麻素通過CB1/CB2作用于PI3K/Akt信號通路刺激和促進腦皮層細胞和少突細胞母細胞的存活率。

8 CB2受體在快速和緩慢配體暴露時出現的內化和運輸

快速/緩慢接觸配體均可顯著調節CB1/CB2受體信號。有研究還發現CB2受體在活化小膠質細胞板狀偽足前緣具有高密度表達。這一關鍵地分布意味著CB2受體可能參與了小膠質細胞在炎性刺激下發生的遷徙。活化的CB2受體和免疫細胞中CB2選擇性轉運到特定區域參與了重要的免疫細胞功能,如增殖和遷徙。

9 CB2受體相互作用

1.CB2受體信號偶聯其他Gi/o受體的失活。CB2受體屬于可自發活化調節型的受體。CB2反向激動劑JTE-907在多種動物模型中被證明具有抗炎活性。此外,新穎的CB2反向激動劑已經最近被證明可以抑制由不同化學增活素趨化因子刺激引起的白細胞聚集。目前抑制白細胞趨化性的機制尚不得而知。

9 CB2受體對其他受體的轉錄調節

CB2受體激活可以調節CD4+T細胞株Jurkat細胞的CB1,μ和δ阿片受體表達。三種受體上調均涉及CB2受體的激活,然后信號轉導器和STAT5催化磷酸化并伴隨著白細胞介素-4(IL-4)編碼基因的轉活。發生在神經元中的CB2上調μ或δ阿片受體可以很好的解釋大麻素和阿片之間的協同鎮痛效應。

綜上所述,大麻素主要通過CB1/CB2受體產生作用,CB2受體主要在免疫組織中表達,通過結合Gi/Go蛋白轉換胞內信號。激動劑激活CB2受體后調節胞內多種效應器,包括腺苷酸環化酶,ERK-MAPK,Ca2+離子內流,神經酰胺合成和PI3K/AKt。不同CB2激動劑可調節不同效應感受器。CB2配體在炎性組織中選擇性誘導胞內表達的能力,意味著在未來有望尋找和獲得新穎的抗炎和神經保護CB2激動劑藥物。