β1-\\β2-腎上腺素受體的研究進展

作為交感神經遞質的去甲腎上腺素（Norepinephrine，NE）、內分泌激素的腎上腺素（Epinephrine，E）以及進入體內的兒茶酚胺類藥物，參與體內多數器官功能的調節。而這些調節都要通過靶器官上的腎上腺素受體（Adrenergic Receptor，AR）來實現。腎上腺素受體廣泛參與外周血液循環、肌肉收縮、代謝調控以及中樞神經系統活動。并且， 在所有與G蛋白藕聯的膜表面受體中，腎上腺素受體是目前了解相對最清楚的一種， 因而腎上腺素受體又可作為研究整個G蛋白偶聯受體家族的一個理想模型。因此，研究腎上腺素受體具有非常重要的意義。腎上腺素受體可以分成α1，α2與β三大類。其中β-腎上腺素受體(β-adrenergic receptor，β-AR)中的β1-AR和β2-AR兩種亞型對機體具有重要的調節作用。本文綜述近年來β1-AR和β2-AR研究的進展，主要包括β1-AR和β2-AR的分子生物學特征、信號轉導通路、重要臟器中β1-AR和β2-AR的分布狀況及生理調節效應。

1 分子生物學特征

1986與1987年，Lfkowitz的實驗室先后得到了β1-AR和β2-AR的cDNA克隆：β1-AR基因位于10q24-q26，全長DNA中無內含子，其開放讀碼框架(149lbp)編碼β1-AR的477個氨基酸；β2-AR的基因位于5q32-q34，無內含子，開放讀碼框架(1239bp)編碼β2-AR的413個氨基酸。β1-AR和β2-AR具有54%的同源性，即使在跨膜區也只有71%的同源[1，2]。

2 信號轉導通路

2.1 β-腎上腺素受體經典信號通路[3]β1-AR的信號轉導途徑:β1-Gs-AC-cAMP-PKA，進而使L-型鈣通道等功能蛋白磷酸化， 增加收縮期心肌細胞的Ca++內流和肌漿網的Ca++釋放，使心肌收縮力增強；而在舒張期PKA磷酸化phospholamban、torponin等，phospholanbran增加肌漿網Ca++-ATP酶的活性，提高舒張期肌漿網對Ca++的攝取，torponin I降低torponin C對Ca++的親和力，進一步促進心肌的舒張[4]；另外，β1-AR還有一條PKA非依賴性的信號轉導途徑，同樣開始于β1-AR與Gs的結合，進而由鈣離子介導激活CaMKⅡ，引起心肌細胞凋亡(見圖1)。

β2-AR的信號轉導途徑:β2-AR與Gs結合，經AC-cAMP-PKA途徑引起功能蛋白磷酸化(同β1-AR)。同時， β2-AR可與Gi結合，然后通過Giβγ-PI3K-PKB途徑介導心力衰竭期間的心肌保護和抗凋亡作用(見圖1)。

圖1經典的β1-AR與β2-AR信號轉導過程

（引自：Rui-Ping Xiao， et al. TRENDS in Pharmacological Sciences， 2004， 25: 259)

2.2 β-arrestin介導的β-AR信號通路除了β-AR的G蛋白依賴信號途徑之外， 還存在著一種β-arrestin介導的β-AR信號途徑。β-AR通過β-arrestin轉位激活表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)進而激活ERK信號通路[5]。β-AR經配體激活后即被GRK5/6磷酸化， 并作用于β-arrestin。β-arrestin通過Src激活基質金屬蛋白酶(matrix metal proteinase， MMP)， MMP促進肝素結合表皮生長因子(heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor， HB-EGF)從細胞膜轉移到細胞外。游離HB-EGF可以結合EGFR， 形成二聚體和催化自身磷酸化， 由此激活下游ERK信號通路。（見圖2）

圖2β-arrestin介導的β-AR信號通路

（引自楊承志，李子健. β-arrestin與β-腎上腺素受體. 中國細胞生物學學報， 2012， 34(11): 1080.）

3 分布與功能

3.1 心臟的分布與功能β1-AR與β2-AR共存于心臟，并且廣泛分布于心室和心房肌細胞。β1-AR是調節心臟功能的主要受體。心臟β1-AR在兒茶酚胺引起的正性變時和正性變力效應中起主要作用[6]。

在心臟中， 依賴β-arrestin的EGFR轉位激活可以抑制β-AR持續激動引起的心肌細胞凋亡和病理性心臟重塑[7]。并且，β-arrestin介導β-AR內化后， 可以引起蛋白激酶B(PKB/Akt)的活化， 活化的Akt參與心肌細胞肥大過程[8]。

β1-AR興奮心肌發生凋亡，而β2-AR興奮卻能夠保護心肌細胞防止凋亡[9]。有研究發現，長期β1-AR興奮能夠使培養新生或成年大鼠心肌細胞出現肥厚特征，在β2-AR阻斷前提下，異丙腎上腺素刺激成年大鼠的心室肌細胞也能出現肥厚性生長，進一步提示β2-AR興奮可以抑制β1-AR介導的心肌細胞肥厚[10]。

3.2 肺臟內分布及功能大鼠肺臟組織中β1-AR、β2-AR、β3-AR三種亞型均有表達[11]，但β2-AR是調節肺臟生理功能的主要受體亞型。β1-AR、β2-AR不僅分布于肺臟呼吸道上皮細胞、平滑肌細胞上，而且在肺血管平滑肌上也有表達，β1-AR、β2-AR的表達隨著支氣管管徑逐漸變細而表達數量逐漸增多，β2-AR所占的比例也逐漸增大[12]，在肺泡上皮細胞達到最高水平。全身90%以上的β2-AR都表達在肺泡[13]。

生理情況下，肺循環系統的β2-AR作用占優勢，有利于肺血管舒張和抑制平滑肌增生[14]。激動肺臟β2-AR會導致支氣管平滑肌舒張、肺泡液體清除率增加、肺組織鈉離子通道的開放等[15]。β2-AR激動劑對肺泡上皮細胞Na+轉運的調節，屬于兒茶酚胺依賴性機制。β2-激動劑通過激活β2-AR，提高細胞內cAMP的含量促進肺泡II型細胞對Na+的主動吸收，促進新生動物肺和離體人肺的肺泡內液體的清除。

3.3 腎臟分布及功能有學者研究確定腎臟球旁器顆粒細胞上存在β1-、β2-腎上腺素能受體基因表達[16]。

腎交感神經對腎素分泌的影響主要是通過末梢直接釋放去甲腎上腺素，后者與腎臟近血管球復合體(包括入球小動脈壁顆粒細胞、遠端曲管起始部致密斑等) β1-AR結合，進一步上調cAMP信息，從而引起腎臟近血管球復合體合成和分泌腎素[17]。進一步激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統，導致循環血容量增加，血壓升高。更進一步證實了β1-AR和β2-AR在腎臟調節血容量中的重要作用。

另有研究表明，在腎小管上皮細胞表面也存在β1-AR [18]。

3.4 肝臟的分布及功能有學者使用蛋白質印跡法（western blotting）和反轉錄-聚合酶鏈反應（reverse transcription polymerase chain reaction，RT-PCR）兩種方法研究顯示，肝臟星狀細胞（HSC）上存在β1-AR表達[19]。但也有學者通過RT- PCR方法證實HSC表達β1-AR、β2-AR[20]。肝組織和HSC表達腎上腺素能神經受體的情況尚不清楚，需要進一步研究來確定。

而HSC上表達的β1-AR被兒茶酚胺類物質激活后參與肝臟纖維化過程[21]，且在肝臟纖維化過程中表達增加。交感神經系統可以通過對HSC生物學行為的調節參與肝纖維化的進展，這種調節功能功能是通過神經遞質與HSC上不同腎上腺素受體亞型結合，激活受體后信號轉導通路實現的。去甲腎上腺素對體外活化的HSC具有促增值和抑凋亡作用，主要通過α- AR和β2- AR起作用[20]。

綜上所述，β1-AR和β2-AR廣泛分布于體內，特別是在心臟、肝臟、腎臟、肺臟等一些重要臟器。它們通過不同途徑被激活后對機體具有重要的生理調節作用。近年來對β1-AR和β2-AR的研究有了很大進展，對人類諸多疾病的預防和治療提供了豐富的理論基礎。但關于β1-AR和β2-AR還有很多未知的和亟待解決的問題，相信隨著β-腎上腺素受體研究的進展，會提供人們更完善的疾病防治的思路和方法。

參考文獻：

[1] Raymond JR， Hnatowich M， Lefkowitz， et al. Adrenergic receptors: Models for regulation of signal transduction processes[J].Hypertension， 1990， 15: 119-131.

[2] Brodde O E， Michel M C. Adrenergic and muscarinic in human heart[J].Pharmacol Rev， 1999，51: 651-689.

[3] Wencker D， Chandra M， Nguyen K， et al . A mechanistic role for cardiac Myocyte apoptosis in heart failure[J]. J Clin Invest， 2003， 111: 1497-1504.

[4] Kaumann A J， Bartel S， Molenaar P， et al. Action of β2-adrenergic receptors hastens relaxation and mediates phosphorylation of phospholamban， troponin I and C-protein in ventricular myocardium from patients with terminal heart failure. Circulation， 1999， 99: 65-72.

[5] Noma T， Lemaire A， Naga PS， et al. Beta-arrestin-mediated beta1-adrenergic receptor transactivation of the EGFR confers cardioprotection[J]. J Clin Invest， 2007， 117(9): 2445-2458.

[6] Woo AY， Xiao RP. Beta-Adrenergic receptor subtype singnaling in heart: from bench to bedside[J]. Acta Pharmacol Sin， 2012， 33(3): 335-341.

[7] Tilley DG， Kim IM， Patel PA， Violin JD， Rockman HA. Beta-arrestin mediates beta1-adrenergic receptor-epidermal growth factor receptor interaction and downstreamsignaling[J].J Biol Chem， 2009， 284(30): 20375-20386.

[8] Morisco C， Marrone C， Galeotti J， Shao D， Vatner DE， Vatner SF， et al. Endocytosis machinery is required for beta1-adrenergic receptor-induced hypertrophy in neonatal rat cardiac myocytes[J].Cardiovasc Res， 2008， 78(1): 36-44.

[9] Ammar KA， Jacobsen SN， Mahoney DW， et al. Prevalence and prognostic significance of heart failure stages: Application of the American College of Cardiology/American Heart Association Heart Failure Staging Criteria in the Community[J]. Circulation， 2007， 115: 1563-1577.

[10] Takimoto DB， Carlo G. Compartmentalization of cardiac β- adrenergic inotropy modulation by phosphodiesterase Type 5[J]. Circulation， 2007， 115: 2159-2175.

[11] Mak J C， Nishikawa M， Haddad E B， et al. Localisation and expression of β- adrenoceptor subtype mRNAs in human lung[J]. Eur J Pharmacol， 1996， 302(1-3): 215-221.

[12] Abraham G， Kottke C， Dhein S， et al. Pharmacological and biochemical characterization of the beta-adrenergic signal transduction pathway in different segments of the respiratory tract[J]. Biochem Pharmacol， 2003， 66(6): 1067-1081.

[13] Mutlu GM， Factor P. Alveolar epithelial beta2-adrenergic receptors. Am J Respir CellMol Biol， 2008， 38(2): 127-134.

[14] Abraham G， Shibeshi W， Ungemach FR. Identification and characterization of β-adrenergic receptors in isolated primary equine tracheal epithelial cells[J]. Pulm Pharmacol Ther， 2011， 24(1): 174-181.

[15] Robiquet L， Kipris E， Guery B， et al. Beta-adrenergic modulation of lung fluid balance in acute paeruginosa pneumonia in rats[J]. Exp Lung Res， 2011， 37(8): 453-460.

[16] 陳麗萌，黃宇寧，Jurgen Schnermann.β1-/β2-腎上腺素受體基因缺失對腎臟球旁器顆粒細胞腎素分泌的影響[J].中華肝臟病雜志，2007， 23(11): 722-727.

[17] Li-meng Chen， Yu-ning Huang， Jurgen Schnermann. Effect of β1/β2 adrenergic receptor gene deficient on the expression of renin in juxtaglomerular granular cells[J]. Chinese Journal of Nephrology， 2007， 23(11): 722-727.

[18] Gavendo S，Kapuler S， Serban I， et a1. β1-Adrenergic receptors in kidney tubular cell membrane in the rat[J]. Kidney Int， 1980， 17(6): 764-770.

[19] Sancho-Bru P， Bataller R， Colmenero J， et a1. Norepinephrine induces calcium spikes and proinflammatory actions in human hepatic stellate cells[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol， 2006， 291(5): 877-884.

[20] 劉娜，張曉嵐，梁傳棟，等. 肝纖維化過程中去甲腎上腺素各受體亞型表達的動態變化[J].中華肝臟病雜志，2009， 17，(9): 653-656.

[21] 高嘯，張芳杰，晏維，等.肝纖維化肝組織中腎上腺素能受體的表達研究[J].中國組織化學與細胞化學雜志，2006， 6(15): 598-602.編輯/王海靜