G蛋白偶联受体激酶的研究进展

G蛋白偶联受体激酶的研究进展

摘要：G蛋白偶联受体激酶(GRKs)是一簇与G蛋白偶联受体(GPCRs)失敏相关的激酶。GRKs的主要功能是介导GPCRs磷酸化，并与抑制蛋白arrestins协同作用促进GPCRs内化和与G蛋白失偶联，从而导致GPCRs的失敏。

关键词：G蛋白偶联受体激酶；G蛋白偶联受体；抑制蛋白；失敏；内化G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptorkinases，GRKs)是一簇与G蛋白偶联受体(GPCRs)快速失敏(desensitization)相关的激酶。许多GPCRs如阿片受体、血栓素受体、5一羟色胺受体、肾上腺素能受体等在激动剂持续刺激时易发生转导信号的快速衰减，发生机制主要与3类调节分子即GRKs，抑制蛋白arrestins和第二信使调节激酶，如PKA，PKC有关。其中以GRKs最为引人关注。

1 GRKs的结构和功能

GRKs家族由7个结构上有同源序列的家族成员组成[1]。每种GRKs都含有共同的功能结构，包括1个中心催化区、1个底物识别和含有G蛋白信号调节蛋(regulators of G protein signaling，RGS)样结构的氨基末端区，以及1个作用于胞膜的羧基末端区。根据序列和功能的相似性可分为3个亚家族。第一个亚家族包括GRKl和GRK7。GRKl是视紫质(rhodopsin)激酶，仅在视网膜光受体细胞表达，作用底物是视网膜的视蛋白。人GRK7基因位于3q21，长度约10 kb，由4个外显子组成。人GRK7仅在视网膜表达，包括所有的视网膜神经元和锥体外节段。重组的人GRK7在光照条件下可催化视紫质磷酸化。有实验证实，GRKl和GRK7在人视锥细胞均有表达；与此相反，GRK7在小鼠的许多组织包括视网膜均有表达，而视网膜的光受体则不表达GRK7。人锥体外节段表达GRK7而小鼠不表达，提示GRK7可能为GRKl基因缺失的小口氏病(一种夜盲症)患者提供正常的光觉[2]。

第二个亚家族的GRK2和GRK3又分别称为β-肾上腺素能受体激酶1(β-ARKl)和β-肾上腺素能受体激酶2(β-ARK2)。Oppermann等[3]将GRK2，GRK3的单抗加入家兔心肌细胞，结果异丙肾上腺素诱导的受体磷酸化77％受到抑制；而GRK4的单抗却无抑制作用。鸡神经元细胞可表达GRK3样蛋白，细胞内注入GRK2或GRK3的特异性单抗，结果消除了α2一AR介导的钙流抑制失敏。

第三个亚家族包括GRK4，GRK5和GRK60。 GRK4仅在睾丸高水平表达，提示该

酶具有底物的特异性。GRK5和GRK6是两种相关激酶，它们与另外两种激酶GRK2和GRK3一样在全身各处均有表达。该亚家族成员的作用底物更广，并具有重复的底物特异性。

2 GRKs与GPCRs失敏

受体失敏的程度可以是信号的完全终止，如视觉和嗅觉系统即如此；也可以是激动剂效力的减弱，如β2-AR[4]。受体失敏的程度受许多因素包括受体的结构和细胞环境的影响，主要特征是受体与异三聚体的G蛋白失偶联。当然，GPCRs 信号转导的终止也可发生在G蛋白水平，如RGS家族成员可以增加与Gi，Gq亚基结合GTP的水解，从而减弱通过Gi和Gq转导的信号[5]。

受体未活化时，GRKl～3存在于胞浆；受体活化后，GRKl-3转移至胞膜并与目的受体结合。钙感受器蛋白recoverin可调节GRKl的活性，但对GRK2～6的活性无调节作用。虽然GRK2和GRK3没有异戊二基化，但这些激酶的活性仍部分受异三聚体G蛋白亚基的调节。GRK2，GRK3与G蛋白亚基间的作用是由激酶羧基末端125个氨基酸的亚基结合区介导的，该区的氨基酸序列与血小板-自细胞．C激酶底物(pleck-strin)同源区十分相似。GRK2羧基末端结合区的过量表达影响内源性GRK2的膜向移位，其机制可能是对游离G蛋白亚基有扣押作用。已有人用该区表达产物在培养细胞和转基因小鼠阻断GRKs介导的失敏[6]。4，5-二磷酸磷酯酰基醇与羧基末端pleckstrin同源区的结合，也对该酶的膜向移位有影响。最近证实，分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)导致的GRK2羧基末端磷酸化，可减低GRK2与GPCRs底物的结合[7]。与之相反，PKC引起的丝氨酸磷酸化和c—Src引起的酪氨酸磷酸化则可增强GRK2活性和膜向移位。因而GRK2的活性受一系列复杂的蛋白磷酸化调节。

在GPCRs未受激动剂活化的条件下，GRK4，GRK5和GRK6也表现出膜向定位。GRK4和GRK6的棕榈化发生在羧基末端的胱氨酸残基[8]，棕榈化对它们在胞膜定位具有重要意义。棕榈化的GRK4和GRK6已从胞膜分离获得。另外，在β2-AR磷酸化过程中，棕榈化GRK6的活性是非GRK6的10倍[8]。由于蛋白棕榈化是一种可逆性的翻译后蛋白修饰，GRK4和GRK6棕榈化的动态变化对这些激酶的功能活性有重要影响。GRK5与胞膜间的作用目前认为是通过该激酶含46个氨基酸残基的羧基末端与质膜磷脂间的静电作用介导的。GRK5的活性不仅受该酶羧基末端丝氨酸、苏氨酸

残基磷酸化影响，也受该酶与膜磷脂作用的影响。与GRK2不同，PKC介导的磷酸化会减低GRK5的活性。

3 GRKs与抑制蛋白

GRKs介导的视紫质或β2-AR磷酸化尚不足以使这些GPCRs全部失活，GPCRs 失活还需要其它抑制剂的参与。第一种抑制蛋白是在视杆外节段获得鉴定的，分子量为48 kD，现在称为视抑制蛋白(visual arrestin)。已证明它能与光活化的视紫质结合。另一种视抑制蛋白样蛋白称为β-抑制蛋白1，它是体外GRK2介导β2-AR失敏所需的辅助因子。已克隆的β-抑制蛋白1与视抑制蛋白有59％的序列同源性。抑制蛋白参与GPCRs失敏的机制包括GPCRs与异三聚体G蛋白失偶联(视抑制蛋白和β-抑制蛋白均可引起)和GPCRs的内化(β-抑制蛋白引起)。

至今已发现4种抑制蛋白家族成员。根据序列同源性、功能和组织分布可将其分为两类：①视抑制蛋白(S抗原)和锥抑制蛋白(X-抑制蛋白或C-抑制蛋白)。②β-抑制蛋白(β-抑制蛋白1和β-抑制蛋白2)。可能还存在第三簇的抑制蛋白，因为已有部分D-抑制蛋白和E-抑制蛋白cDNA克隆的报道。

视抑制蛋白是视杆外节段一种主要的蛋白成份，主要存在于视网膜，在松果腺有少量表达[9]。C-抑制蛋白在视网膜和松果腺均有高表达，但主要存在于视网膜锥体光受体。牛视抑制蛋白含404个氨基酸，并有两种变异多肽。一种变异体(p44)的最后35个氨基酸残基被一个丙氨酸残基所取代；另一种变异体缺乏由外显子13编码的338～345氨基酸残基[9]。p44视抑制蛋白变异体特异性地定位于视杆外节段，它对视紫质潜在的抑制性是正常视抑制蛋白的数倍。这样，正常视抑制蛋白羧基末端区与视紫质结合就显得不那么重要了，这个推断已获得证实[10]。视抑制蛋白羧基末端区是与其它同分异构体相互区别的特征性结构。

β-抑制蛋白在视网膜以外有广泛表达，但以神经组织和脾脏表达丰富。大鼠中枢神经系统β-抑制蛋白2的表达较β-抑制蛋白1丰富。β-抑制蛋白存在于几种神经通路，免疫电子显微镜观察发现β-抑制蛋白与GRKs一样主要集中在神经原的突轴，以便调节神经原的功能。与视抑制蛋白相似，β-抑制蛋白1和β-抑制蛋白2至少各有一种变异体表达。β-抑制蛋白1的变异体在第333和334之间插入了8个氨基酸残基；β-抑制蛋白2的变异体则在第361和362之间插入了11个氨基酸残基。β-抑制蛋白与变异体间是否存在差异，未见报道。抑制蛋白结合