TGR5基本性质及其功能研究进展

高雅卿 石亚男 刘巍

【摘要】G蛋白偶联胆汁酸受体Gpbar1（TGR5）是G蛋白偶联受体超家族成员。在多种组织如小肠、胃、肝、肺，特别是胎盘和脾脏中可以检测到高水平的TGR5 mRNA。TGR5不仅是胆汁酸受体，也是多种选择性合成激动剂的受体，调节不同信号通路的衍生物，如核因子-κB、AKT和细胞外信号调节激酶。在代谢调节方面TGR5参与能量稳态、胆汁酸平衡以及葡萄糖代谢。最新的研究已经将TGR5的功能扩大到其他方面，包括炎症反应、癌症和肝脏再生。这些新的发现表明TGR5是多种不同疾病的潜在药物作用靶点。该文对TGR5基本性质及其新功能进行了总结。

【关键词】G蛋白偶联胆汁酸受体Gpbar1； G蛋白偶联受体；胆汁酸；受体

【Abstract】G protein-coupled bile acid receptor Gpbar1 （TGR5） is a member of the G protein-coupled receptor （GPCR） super-family. High expression levels of TGR5 mRNA can be detected in multiple tissues， such as small intestine， stomach， liver， lung， especially the placenta and spleen. TGR5 is not only a bile acid receptor， but also a receptor of a variety of selective synthetic agonists that regulates the derivatives of different signaling pathways， such as nuclear factor-κB （NF-κB）， AKT and extracellular signal-regulated kinase （ERK）. TGR5 is involved in energy homeostasis， bile acid balance and glucose metabolism during the process of metabolic regulation. The latest studies have expanded the range of TGR5 function to alternative aspects including inflammatory response， cancer and liver regeneration. These novel findings suggest that TGR5 is a potential drug target for multiple diseases. This review summarizes the basic property and novel function of TGR5.

【Key words】G protein-coupled bile acid receptor Gpbar1； G protein-coupled receptor；

Bile acid； Receptor

G蛋白偶聯受体（GPCR）是一个超家族受体，在多种生物效应途径中起重要作用[1]。GPCR包含七个跨膜结构域，在细胞外与相应配体结合后，GPCR通过激活多种效应途径将细胞外信号转导到胞内下游级联。基于GPCR在不同细胞信号通路中的重要作用，GPCR已经成为治疗许多疾病潜在药物作用靶点。

2002年发现G蛋白偶联胆汁酸受体Gpbar1（TGR5）属于GPCR家族成员。TGR5归类为GPCR的胆汁酸受体亚类成员。TGR5基因位于人类染色体基因2q35上。其开放阅读框具有993个碱基对，编码330个氨基酸。在许多器官如小肠、胃、肝、肺，特别是胎盘和脾脏中检测到高水平的TGR5 mRNA。TGR5可以被胆汁酸激活，然后诱导cAMP产生。作为膜受体，TGR5可以与相应配体结合而内化到细胞质中。TGR5在核因子-κB（NF-κB）、AKT和细胞外信号调节激酶（ERK）等细胞信号通路中起重要作用[2-3]。其激动剂可能是治疗代谢疾病、炎症和消化系统疾病的潜在药物[4]。TGR5激活剂有望用来治疗各种代谢疾病如2型糖尿病（T2DM）和肥胖病。TGR5的激活也介导不同器官炎症和癌症的发生。我们总结了TGR5的基本性质，包括其配体和基本功能，并讨论TGR5在不同的信号通路和疾病中的新发现。

一、TGR5的配体

GPCR是质膜结合的TGR5受体，TGR5的内源性天然激动剂是胆汁酸。牛胆酸（TLCA）、石胆酸（LCA）、脱氧胆酸（DCA）、鹅脱氧胆酸（CDCA）和胆酸（CA）可以剂量依赖地诱导人TGR5转染的CHO细胞产生cAMP。效价（EC50）的次序是TLCA（0.33 μmol/L）>LCA（0.53 μmol/L）>DCA（1.01 μmol/L）>CDCA（4.43 μmol/L）>CA（7.72 μmol/L）。柑橘中发现柠檬醛类物质Obacunone，它可以剂量依赖地激活TGR5。其他一些化合物如亚麻酸和齐墩果酸（OA）也被鉴定为弱TGR5激动剂。

CDCA、DCA、LCA、熊去氧胆酸（UDCA）不仅是TGR5的激活剂，而且是法尼醇X受体（FXR）的激活剂。为了找到特定的具有选择性的TGR5配体，设计并合成了多种TGR5激动剂。Pellicciari等（2007年）报道的23个烷基取代的和6，23-烷基 - 二取代的CDCA衍生物是TGR5的选择性激动剂。已经发现6α-乙基-23（S）-甲基-胆酸（6-EMCA，INT-777）是TGR5的选择性特异性激动剂。并设计了一种基于4-苯基吡啶的新的TGR5激动剂[5]。在体外和体内评估后，三种化合物在激活TGR5时表现出良好的效果。随后发现4-苯并呋喃氧基烟酰胺衍生物是新型有效的TGR5激动剂[6]。TRC210258是新型TGR5激动剂[7]。研究发现化合物WB403可以激活TGR5并促进GLP-1分泌[8]。

二、TGR5和细胞信号

1.TGR5和AKT途径

AKT是丝氨酸/苏氨酸激酶，它在不同细胞过程中起重要作用，包括不同程度的增殖、存活和代谢[9]。AKT具有pleckstrin（PH）同源性结构域。在质膜上，AKT的PH结构域和磷酸肌醇三磷酸（PIP3）之间的相互作用在苏氨酸308中诱导AKT的随后修饰，AKT也可以由丝氨酸473磷酸化。磷酸化的AKT抑制Bcl-2家族的促凋亡成员，有助于细胞存活。在牛主动脉内皮细胞中，TGR5激动剂TLCA可增强AKT磷酸化并增加NO产生[2]。

哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是AKT信号转导的关键下游物质之一[10]。蛋白质翻译需要mTOR，这有助于促进细胞存活和增殖。TGR5可通过AKT-mTOR通路在巨噬细胞中降低趋化因子的表达[11]。可通过激活TGR5来增强AKT-mTOR途径。mTOR存在两种复合物mTORC1和mTORC2。AKT和mTORC1的磷酸化影响CCAAT增强子结合蛋白（C/EBP）β同工型转化参与的真核翻译起始因子4E结合蛋白1（4E-BP）的表达。TGR5激活后，mTORC1增加磷酸化4E-BP和C/EBP β同工型肝抑制蛋白（LIP）表达水平。TGR5和AKT-mTOR-LIP之间的联系揭示出巨噬细胞对TGR5激活的抗糖尿病效应的新机制。

2.TGR5和NF-κB通路

NF-κB是与多种细胞过程如炎症、增殖、凋亡和发育相关的转录因子[12]。NF-κB由5个成员组成，RelA（p65）、RelB、c-Rel、p50和p52。它们与IκBα、IκBβ、IκBγ、BCL3、IκBε、p105和p100的IκB家族成员相结合在血浆中保持稳定。特异性IKK激酶调节IκBα或IκBβ磷酸化，促进NF-κB的激活[12]。TGR5激动剂DCA和LCA可以抑制CD14+巨噬细胞中TNF-α的产生，这种抑制作用是通过c-Fos的磷酸化来调节NF-κB p65活化的。最近研究通过拮抗NF-κB证实了TGR5负调节肝炎反应。发现TGR5激活抑制了IκBα的磷酸化、p65的易位、NF-κB的DNA结合活性及其在HepG2细胞中的转录活性。同年，Pols等发现INT-777激活的TGR5可以减少巨噬细胞中p65的核易位和IκBα的磷酸化。

三、TGR5和细胞外信号调节

1.激酶（ERK）1/2途径

激酶ERK1和ERK2是丝裂原活化蛋白激酶家族的成员，参与不同的细胞反应，如生长、变异和增殖[13-14]。在最近的报告中，Reich等[15]指出TGR5选择性激动剂通过升高活性氧和原癌基因，反式激活非受体酪氨酸激酶（cSrc）介导的表皮生长因子受体以及ERK1/2通路来诱导野生型小鼠胆管细胞增殖和磷酸化。在纤毛和非纤毛胆管细胞中，TGR5的激活诱导cAMP和ERK水平发生不同变化。TGR5激动剂增加cAMP水平并抑制ERK信号传导，导致非纤毛胆管细胞增生。但在纤毛胆管细胞中，TGR5激动剂降低cAMP水平并诱导ERK信号传导，从而抑制增殖。TGR5激动剂在纤毛胆管细胞和非纤毛胆管细胞中相反的作用是由于TGR5与纤毛细胞中的Gαi蛋白和非纤毛细胞中的Gαs蛋白的偶联造成的[3]。

2.TGR5的信号转导和转录激活因子3（STAT3）途径

STAT3是IL-6刺激的肝細胞中DNA结合因子。它是急性期基因启动子区域中的增强子元件。作为转录因子，STAT3控制几种细胞过程，包括发育、分化、免疫、侵袭和代谢[16]。许多报道显示STAT3在各种肿瘤细胞系如结肠癌、胃癌、肺癌、皮肤癌和乳腺癌等细胞中均被激活。通过拮抗STAT3信号通路发现TGR5是胃癌细胞增殖和迁移的抑制因子[17]。通过抑制STAT3的磷酸化及由脂多糖（LPS）或IL-6诱导的STAT3信号通路的转录活性来激活TGR5。结果表明TGR5通过抑制STAT3信号传导来拮抗胃癌的增殖和迁移。这些发现使TGR5成为治疗胃癌的新的潜在靶点。

3.TGR5和通过cAMP（Epac）途径直接激活的交换蛋白

Epac是鸟嘌呤核苷酸交换因子家族的成员并且是cAMP必须的效应物。它具有多重结合因子，涉及多种细胞活动。在胰腺β细胞中，OA和INT-777激活的TGR5选择性地激活Gα，导致细胞内cAMP和Ca+2的含量将增加。Epac可以被8-pCT-2-O-Me-cAMP（cAMP类似物）活化，并刺激磷酸肌醇（PI）水解。结果使胰岛素从胰腺β细胞释放。在肠内分泌细胞中，TGR5配体OA也可以刺激Gα和cAMP形成，并激活Epac增加PI水解，并使胰高血糖素-1肽（GLP-1）和肽YY（PYY）释放。

四、TGR5在不同疾病中的作用

1.TGR5和T2DM

糖尿病是世界上发病率最高的致命疾病之一。T2DM是最常见的糖尿病类型。T2DM的发展通常与肥胖、高血压病和血脂异常有关[18]。糖尿病的后期并发症促进心血管疾病的发展。T2DM是经典的异质性疾病，其机制在于产生胰岛素的胰腺β细胞功能下降、外周胰岛素抵抗增加、肝葡萄糖产生增加或所有因素的综合[19]。T2DM的治疗是基于减少肝葡萄糖的产生、增加胰岛素分泌和改善胰岛素敏感性来进行的。

近几项研究表明胆汁酸对于体内葡萄糖平衡的调节具有重要作用。TGR5是胆汁酸受体并且可以调节体内葡萄糖的代谢水平。2005年，Katsuma等的研究显示TGR5的激活可以促进鼠肠内分泌细胞系STC-1中GLP-1的分泌。GLP-1作为肠降血糖素激素可以降低血糖浓度。所以GLP-1在T2DM中起重要作用[20]。GLP-1的分泌是剂量依赖性的。TGR5的过度表达提高了cAMP和GLP-1的分泌水平。这表明TGR5通过细胞内cAMP诱导GLP-1的分泌。2007年，从橄榄叶分离的OA是天然的TGR5激动剂。它通过激活TGR5来降低血浆葡萄糖浓度并改变胰岛素的分泌水平。近年来发现TGR5通过AKT-mTOR通路在巨噬细胞中诱导C/EBPβ同工型LIP的不同翻译，并且TGR5的激活可以改变脂肪组织巨噬细胞（ATM）功能并改善胰岛素功能。因此，TGR5在巨噬细胞中的活化可以预防胰岛素抵抗并治疗T2DM。在2015年，发现WB403这种小分子化合物是TGR5激动剂，并在T2DM的不同小鼠模型中测试该化合物对血糖的影响。结果，WB4T03可以激活TGR5，改善T2DM小鼠的葡萄糖耐量，降低空腹血糖和GHbA1c。在新的研究中提出TGR5通过Epac介导的与PKA途径无关的机制诱导胰腺α细胞释放GLP-1[21]。所有这些研究表明TGR5在T2DM治疗中具有重要的潜在作用。

2.TGR5和肥胖

肥胖对世界公共卫生构成巨大的威胁。能量摄入超过消耗导致肥胖。现在已知褐色脂肪组织（BAT）通过产热消耗能量。在人类BAT中，线粒体是强大的产热器官。由于BAT在能量消耗中具有关键作用，增加BAT量可用于治疗肥胖。胆汁酸可以增加小鼠体内BAT对能量的消耗。这种影响取决于TGR5的激活，但不依赖于FXR。TGR5的激活可以增加cAMP依赖性甲状腺激素活化酶以及2型碘甲状腺原氨酸脱碘酶（D2）的水平。D2是主要的生热蛋白之一。它可以将T4转化为BAT中的T3。BAT和人类骨骼肌细胞中的胆汁酸的酸化可以增加D2活性、耗氧量和细胞外酸化速率。近年来多项研究表明TGR5在肥胖中新的作用[22]。例如，TGR5通过诱导线粒体生物合成和预防肾脏氧化应激及脂质堆积来抑制肥胖并治疗糖尿病。

3.TGR5和炎症

炎癥是生物体对有害刺激物如病原体的反应之一。慢性炎症越来越被认为是肿瘤发生和代谢疾病的重要原因。因此，炎症的恰当控制对于预防慢性炎症性疾病以及抑制包括许多类型癌症在内疾病的恶化或进展是至关重要的。

研究显示TGR5的激活可以抑制肝脏和胃部炎症。在肝脏中，TGR5在野生型（WT）脂多糖诱导的NF-κB活化中抑制炎症介质的表达。在缺血/再灌注损伤期间，TGR5通过抑制Toll样受体4（TLR4）-NF-κB途径抑制炎症反应。TGR5激活也可以抑制LPS诱导的Kup细胞和TGR5过表达THP-1细胞中细胞因子的产生。但在人单核细胞中，TGR5和TLR4的共同作用增强NF-κB的活化和炎性细胞因子的产生。这两种不同事件的发生与人类单核细胞的功能相关。肝性脑病是急性和慢性肝衰竭的主要神经系统并发症，会引起神经炎症。桦木酸激活的TGR5通过神经元和小胶质细胞旁分泌信号在肝性脑病期间减少神经炎症的发生[23]。近年研究显示TGR5的激活也抑制胃炎发生。肝、结肠和胃的恶性肿瘤都与慢性炎症有关。TGR5可能是治疗慢性炎症和相关癌症的潜在靶点。

4.TGR5和癌症

胃癌是最常见的癌症之一。胃癌发生是一个复杂的过程并且容易导致死亡[24]。关于TGR5和癌症的关系很少有报道。最近发现激活TGR5可以通过抑制STAT3通路来抑制胃癌细胞增殖和迁移。TGR5启动子在血清cfDNA中的异常高甲基化可能作为HCC监测的生物标志物[25]。TGR5受体在食管腺癌组织中过表达，这表明TGR5可能在食管腺癌中起重要作用。目前我们仍需研究TGR5与其他癌症的关系。

5.TGR5和肝脏再生

正常肝再生对于肝损伤后肝脏结构和功能的恢复至关重要。相关报道显示，70%肝切除术可增加BA通量，并改变参与BA代谢的几种核受体和酶的表达。报道显示胆汁盐通过激活FXR和TGR5对部分肝切除术后的肝脏再生是重要的[26]。在TGR5敲除小鼠中，部分肝切除术后观察到炎症反应加剧、严重肝细胞坏死、严重胆汁淤积和肝细胞再生障碍。因此，通过控制胆汁疏水性和细胞因子分泌，TGR5在部分肝切除术后BA过载的情况下对肝脏具有重要的保护作用[27]。

五、其他胆汁酸膜受体

胆汁酸还可激活GPCRs鞘氨醇-1-磷酸受体2（S1PR2）和毒蕈碱受体2。结合胆汁酸激活S1PR2以调节炎症的发生、癌症发展和一些肝脏疾病。毒蕈碱受体在结肠癌中过表达，其活化促进人结肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭。

六、展望

TGR5作为重要的膜受体，被胆汁酸和多种化合物激活。TGR5在不同疾病中的作用使其成为新的药物靶点。对TGR5的进一步研究将为代谢疾病和癌症的治疗提供新的可能。

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