β-arrestin的生物学作用

β-arrestin的生物学作用1

汪庆童1, 2, 3，魏伟1, 2, 3

1安徽医科大学临床药理研究所，合肥（230032）

2抗炎免疫药理学安徽省重点实验室，合肥（230032）

3安徽省中药研究与开发重点实验室，合肥（230032）

E-mail: hfwqt727@

摘要：β-arrestin1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其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。

关键词：β-arrestin，G蛋白偶联受体，信号转导，受体脱敏

G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）是目前所知的最大的细胞表面受体家族，它们将细胞外的各种信号传递到细胞内[1]。GPCRs被激动剂活化后，其连接的G 蛋白α亚基和β、γ亚基解离，活化的G蛋白亚基调节腺苷酸环化酶、磷脂酶和离子通道等，从而放大和传递细胞内信号。β-arrestin是GPCRs信号通路的重要负调节因子，与G蛋白偶联受体激酶（G-protein-coupled receptor kinases, GRK）联合作用，可以使GPCRs对激动剂的敏感性下降，发生受体的脱敏反应，调节受体内吞、信号转导及细胞凋亡等[2]。本综述将概述β-arrestin生物学作用的最新研究进展，探讨GPCRs的调节机制。

1. β-arrestins的发现过程

β-arrestins是在提纯β-肾上腺素能受体激酶(β-adrenergic receptor kinase, βARK)的过程中发现的。随着Benovic等对牛脑中βARK的逐步纯化，其减弱β2肾上腺素能受体(β2-adrenergic receptor, β2AR)介导的Gαs活化的能力也逐步降低，当将视黄醛蛋白质重新加入纯化的βARK 中时，βARK对受体的脱敏能力又大大的恢复了。这种视黄醛蛋白质最初被称为S-抗原或48K 蛋白质，后来正式改名为arrestin[3]。随后，两个非可视性β-arrestin亚型被克隆出来，命名为β-arrestin1(arrestin2)和β-arrestin2 (arrestin3)，它们之间有78%的氨基酸序列是相同的，都广泛的分布于各个组织中，对GPCRs的特异性比视紫红质强[4,5]。接着，第四个成员，锥体arrestin 被克隆出来[6]。

2. β-arrestin对GPCRs的调节作用

2.1 β-arrestin与受体的相互作用

在绝大部分的GPCRs中都发现了受体脱敏的现象。首先被激动剂激活的GPCRs与GRK 结合发生磷酸化，促使β-arrestins从非活化的晶体结构转变为对受体高亲和结构，与磷酸化了的活化GPCRs结合，形成三聚体，阻止受体与G蛋白之间的继续作用。活化的β-arrestins 分子释放出C末端，通过与胞吞蛋白（如：网格蛋白（clathrin）、衔接蛋白2（adapter protein2, AP2）等）结合，导致受体内吞[7]。用绿色荧光蛋白（green fluorescent protein, GFP）-β-arrestin 融合蛋白可以形象的描述原本均匀分布在胞浆内β-arrestin被募集到位于细胞膜活化的受体

1本课题得到家自然科学基金（No：30572356），高等学校博士学科点专项科研基金（No：20060366003），安徽医科大学校科研基金（No：2005KJ01）项目的资助。

上。对于大部分受体来说，β-arrestin作用的前提条件就是活化的GPCRs呈现的磷酸化状态，因此，如果诱变关键的丝氨酸/苏氨酸残基使受体的磷酸化发生障碍，则会导致β-arrestin的结合降低。此外，过度表达GRKs使受体的磷酸化加强可以促进GFP-β-arrestin复合物募集到一些受体上[8]。

2.2 β-arrestin在受体脱敏中的作用

受体脱敏是受体受到连续刺激后失去反应性的现象，包括同种脱敏(激动剂特异性) 和异种脱敏(激动剂非特异性)。同种脱敏是指脱敏配基的特异性受体反应减弱，而其他受体的效能不受影响；异种脱敏是指当细胞暴露于一种激动剂时，可使多种受体介导的反应减弱。前者可能是因受体自身的变化，如磷酸化、内吞等引起；而后者则可能是由于所有受影响的受体拥有一个共同的反馈调节机制，或共享信号转导通路上的某个环节。β-arrestin1/2在β2AR 的刺激下均可以抑制鸟苷三磷酸酶（guanosine triphosphatase, GTPase）80%的活性[9]。而且，在过表达β2AR的细胞系中，如果转染了β-arrestin则可以加强受体的脱敏。此外，用β-arrestin 小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）方法和反义法能有效的证实HEK293细胞中，由于内源性β-arrestin的表达减少，β2ARs刺激导致了大量cAMP堆积[10]。并且，在小鼠胚胎纤维母细胞系中如果缺乏两个β-arrestin，则β2AR和血管紧张素Ⅱ1A型受体（angiotensin II receptor type 1A, AT1A R）的脱敏都将会受到影响。单独敲除β-arrestin1或β-arrestin2基因也会引起β2AR和AT1A R受体的脱敏障碍[11]。

2.3 β-arrestins的胞吞作用

胞吞作用不仅是受体脱敏所必需的，也是活化的受体去磷酸化和复敏所需要的。GRK 的磷酸化和β-arrestin的结合促进了受体的内吞。GPCRs的内吞是多途径的，包括与网格蛋白包被小体、细胞膜穴样凹陷和未包被的小体的相互作用。特定受体和细胞表达的类型决定了内吞率和重新利用的途径。通常，大多数的GPCRs与β-arrestin结合后，通过网格蛋白包被小体完成内吞[12]。Goodman等通过体外结合试验首先证实了β-arrestin1或β-arrestin2与网格蛋白之间存在明显和直接的相互作用。β-arrestinsC末端的Leu-Xaa-Glu/Asp序列与网格蛋白重链的89-100位氨基酸残基有高亲和性。β-arrestins也与网格蛋白- AP2复合物相互作用，

Leu-Xaa-Glu/Asp序列下游的两个精氨酸残基对β-arrestin2与AP2的结合至关重要。如果突变缺失了这些残基不会影响其与β2AR的有效结合，但能阻断受体-β-arrestin复合体靶向移动至网格蛋白包被小体。因此，β-arrestin通过与网格蛋白和AP2结合，成为了受体内吞过程中的一个重要连接蛋白[13]。

2.4 GPCR受体的转运和循环

GPCR受体被内吞后有两个结局：部分受体被降解；另一部分循环为活性状态回到细胞膜。被内吞受体的胞内运输模式与受体内吞区域的序列、磷酸化部位的构型和β-arrestin的结合有关。目前发现，β-arrestin的泛素化和去泛素化与受体运输模式有关。虽然，β-arrestin可以调节内吞后GPCRs的运输模式，但最近才发现其在GPCRs循环中起到了特别的作用。

β-arrestin引起GPCRs受体循环的机制尚不清楚，但可以推断与转运调节因子的募集、磷酸酶或促使β-arrestin还原为非活性状态的相关分子有关[14]。