孤兒受體GPR88在相關疾病中研究進展

曾 迪，邵漢瑞，鄒英鷹，阮永華

（昆明醫科大學基礎醫學院病理與病理生理系，云南 昆明 650500）

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

1 GPR88結構及分布

GPR88在人類的染色體區域中位于1p21.3和3G1，以及大鼠的染色體區域中位于2q41，這2種受體的同源性為86%，具有384個氨基酸的開放閱讀框[7]。此外GPCR都具有相似的跨膜結構，其肽鏈由N末端、C末端、7個跨膜α螺旋、3個胞外環及3～4個胞內環組成。其中N端和胞外環在細胞外，7個跨膜的α螺旋反復穿過細胞膜的脂質雙分子層，C端和胞內環在細胞內[8]。通過PRED-COUPLE 2.00軟件馬爾可夫模型預測GPR88將特異性G蛋白偶聯，它除7個特征性跨膜結構域外，還具有1個N端糖基化位點和5個潛在的蛋白激酶C磷酸化位點的共有序列[9-10]。在最初的報道中，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、嗅結節、伏隔核、杏仁核和新皮質中觀察到GPR88蛋白質和mRNA的表達水平最高，而在脊髓、腦橋和髓質GPR88表達保持離散，在皮質層壓期間GPR88在細胞內重新分布[11-12]。除中樞神經系統外，GPR88在外周組織腎上腺皮質和耳蝸神經節中高水平瞬時表達，視網膜和脾臟中度水平的表達[13]。

2 GPR88激動劑

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

2.1 2-PCCA

2-PCCA是第一個有效的小分子GPR88激動劑，在表達GPR88的細胞中由GPR88介導濃度依賴性方式抑制異丙腎上腺素刺激的cAMP積聚。在表達GPR88的細胞中不誘導鈣動員，這表明GPR88與Gi偶聯[17]。結構-活性關系（SAR）研究表明，2-PCCA的苯胺部分適用于各種修飾的合適位點，Jin等[16]已經設計并合成了一系列在苯胺部分的苯環上帶有各種取代基的類似物，并顯示出有改善的或相當的效力，但具有比2-PCCA更低的親脂性。體內研究表明，2-PCCA（0.1～3.2 mg/kg）劑量依賴性地降低大鼠的運動活性，并且當與1.0 mg/kg甲基苯丙胺組合研究時，也劑量依賴性地降低甲基苯丙胺誘導的活動過度。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的活動過度和辨別力刺激效應[18]。2-PCCA為進一步優化探測GPR88體內功能提供了基礎。

2.2 2-AMPP

2-AMPP為代表另一種GPR88激動劑的化學型也被發現，并且設計出了一系列新的2-AMPP結構相關的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A）和酰胺帽（位點B）處合成了一系列具有結構修飾的類似物。其中位點A與羥基的交換導致效力增加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A可被疊氮化物、羥基、酯和酰胺基團取代，產生具有良好至中等效力的類似物。位點B上的苯基對活性至關重要，可能是由于與受體形成芳香堆積相互作用。然而，苯環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模型并探索用于優化的結構特征和評估受體特異性的研究。

3 GPR88與相關性疾病

3.1 GPR88與高血壓

高血壓（high blood pressure，HBP）是一種以體循環動脈血壓收縮壓（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，這表明該病理學中還涉及其他機制[19-20]。GPR88表達在主動脈中較低但是在左心房具有顯著的高表達。研究表明，GPR88存在于動脈壓調節的重要組織中，在HBP中觀察到心臟中的Gi偶聯受體介導的信號傳導產生負性變性和負性變力，使得右心房和右心室傾向于降低表達，而在心房中它傾向于增加表達。因此這種受體在心臟區域傾向于減少可能有利于血壓的增加[7,21-22]。另外，GPR88在腎臟中過表達通過Gi信號傳導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調控，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）是慢性復發性疾病，其特征是過量飲酒和失去對消費的控制，并且對個人的健康和生產力產生顯著影響[24-25]。酒精作為一種復雜的藥物，在神經生物學水平上可以改變多個分子靶點的活動，并引發神經網絡中基因表達和突觸可塑性的廣泛變化，負責獎勵，情緒和決策[26-27]。小鼠中的GPR88基因敲除導致酒精尋求和服用行為增強，低的酒精誘導的條件性位置偏好與伏隔核（nucleus accumbens，NAc）中酒精對細胞外多巴胺水平的增加有關，這表明在突變小鼠中酒精獎勵減少。研究擴展到更廣泛的成癮線路，在活體動物中使用靜息狀態功能磁共振成像（Rs-fMRI），最終證明了在有風險的個人中，活體敲除小鼠的中腦皮質邊緣電路內功能連接的改變，其模式與觀察到的網絡改變存在相似[28]。

3.3 GPR88與焦慮

焦慮癥（Anxiety disorders）是世界范圍內最常見的、復雜的精神疾病，全球終生患病率約為16%，對受教育程度和隨后疾病的風險產生重大影響[29]。前期文章報道GPR88在參與調節焦慮的央杏仁核（central amygdaloid nucleus，CeA）、紋狀體腹側、紋狀體末端前核和外側隔膜中表達[30]。GPR88基因敲除小鼠改變了神經元樹突棘形態，以及CeA區域的基因轉錄活性和多巴胺水平[31]。另外，Meirsman等[31]確認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，這表明GPR88對焦慮樣行為的潛在影響。在有條件敲除A2AR-GPR88基因小鼠中發現表達D2R但不表達D1R的多棘神經元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神經元中表達的GPR88增強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疾病的新靶點。

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]進行的遺傳研究顯示南非科薩人三聯體中GPR88和精神分裂癥（schizophrenia，SZ）之間存在正相關關系。GPR88基因敲除小鼠驚嚇前激素反應（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的攀爬和刻板癥（apomorphine-induced climbing and stereotypy，AICS），及安非他明通過增加細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的陽性癥狀，表明GPR88基因敲除小鼠增強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）進行抗精神病藥物治療可使興奮劑超敏反應恢復到對照水平，改善PPI缺陷并阻斷AICS，并且GPR88基因啟動子區甲基化水平與精神分裂癥癥狀存在顯著相關[35-36]。使用苯環利定（PCP，非競爭性NMDA受體拮抗劑）誘導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抑制苯環利定誘導的過度運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D1R和D2R的表達使得體內中型多棘神經元釋放速率增加[38]。這些GPR88遺傳失活的小鼠中通過重新表達紋狀體GPR88融合蛋白，小鼠過度活動，運動協調能力差，基于線索的獎勵學習受損以及獲得視覺或聽覺線索的缺陷均有所恢復，表明GPR88功能在紋狀體中的重要性[38]。人類兒童時期，8～9歲期間GPR88中的純合有害突變（p.C291X）出現明顯的與GPR88基因敲除小鼠的損傷相一致的言語延遲和學習障礙[39]。所有結果證實了GPR88可以調控在神經精神疾病中相關行為，并且GPR88在調節紋狀體谷氨酸能系統和多巴胺能系統發揮的重要作用。

3.5 GPR88與運動障礙

運動障礙（movement disorders）是一組異質性疾病，其特征是異常運動過多（運動機能亢進）或缺乏正常運動（運動功能減退），表型十分復雜并且許多運動障礙疾病沒有可用于幫助診斷的生物標志物[11]。GPR88在基底神經節神經元系統的輸入回路中表達，其中在紋狀體中型多棘神經元（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。中型多棘神經元網絡控制著自主運動，運動學習，運動計劃和決策等基底神經節功能。GPR88基因敲除小鼠在新環境中表現出非適應性活動過度和旋轉性運動障礙[38]。并且紋狀體中型多棘神經元也接受多巴胺能和增加谷氨酸能信號輸入調節[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，多動癥以及神經精神疾病的病因和治療密切相關[42-44]。應用6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘導帕金森病的大鼠模型，GPR88表達受到差異調節，在紋狀體中GPR88 mRNA表達減少但是在紋狀體MSN中GPR88 mRNA表達增加。此模型中D1受體激活對紋狀體通路中的GPR88表達產生積極影響，D2受體激活控制黑質紋狀體通路中的GPR88表達。用L-DOPA治療的多巴胺替代逆轉了GPR88表達變化[45]。GPR88基因敲除負性調節DARPP-32的表達，DARPP-32作為紋狀體控制多巴胺受體中型多刺神經元內在標記物的功能蛋白[46]。腦免疫組織化學染色也證實在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動活動的敏感性增加[35]。這些結果充分表明GPR88調節運動功能。人類突變體Huntington基因的亨廷頓病在BACHD小鼠模型的研究表明，紋狀體神經元中GPR88表達含量降低并且伴隨著紋狀體中型多棘神經元的高興奮性[42]。因此，GPR88激動劑的探索可能通過增加GPR88表達并且降低中型多棘神經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，同時證實了在 GPR88 基因敲除小鼠中觀察到現象，進一步發現GPR88 在人類運動控制和學習中的作用[39]。總之，GPR88在基底神經節運動功能中起重要作用，調節可能對帕金森病、亨廷頓病和其他相關運動障礙中的異常運動功能正常化有用。

4 小結

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，通過基因敲除和轉錄分析研究闡述GPR88功能和生化信號傳導的方式。免疫組織化學評估各個腦區GPR88的解剖分布和表達水平。敏感和通用的高通量篩選試驗，有助于GPR88合成激動劑配體。

事實上，對GPR88進行深入的研究可加速對GPR88生物學功能的理解，促進GPR88作為藥物靶標的評估，為潛在的相關的疾病治療開辟新的途徑提供重要的理論依據。