G 蛋白偶联受体124 生理及药理功能研究进展

徐怡倩，吴昊霖，方星悦，樊好飞，王 锐，刘启兵，3

（1.海南医学院基础医学与生命科学学院药理教研室，海南 海口 571199；2.宁夏医科大学药理学系，宁夏 银川 750004；3.海南省热带脑科学研究与转化重点实验室，海南 海口 571199）

G 蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）是一类存在于细胞表面的膜蛋白超家族，可以感知细胞外不同的物理和化学信号。其中黏附性G 蛋白偶联受体作为GPCRs 亚家族的一员在人体不同部位均有表达，尤其是在免疫系统、中枢神经系统和生殖系统中，这表明它们可能参与多种生理过程。G 蛋白偶联受体124（G protein-coupled receptors 124，GPR124）是黏附性G 蛋白偶联受体家族的重要成员之一，与缺血性脑卒中、动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）、高血压、多发性硬化症和癌症等疾病密切相关。因此，深入探究GPR124 生理药理功能有望为这些疾病提供新的治疗靶点。本文将总结目前已知GPR124 相关功能特点，介绍其在生理学和药理学上的主要研究进展，并着重描述其与心脑血管疾病相互作用的信号转导及关联通路。

1 G 蛋白偶联受体概况

GPCRs 是一个庞大的蛋白质家族，它们传递多种物理化学信号，包括神经递质、激素、生长因子和芳香剂等。GPCRs 超家族大约由800 个受体组成，基于氨基酸序列相似性和共同生理特征共分为5 个亚家族：最大的是视紫红质家族，在人类中约有284个成员，其次是具有33 个成员的黏附性家族，然后是Glutamate 家族、Secretin 家族和Frizzled 家族，分别有22、15 和11 个成员。在组织结构上，GPCRs 是由7 种跨膜蛋白组成的大家族，其核心区域由7 个α-螺旋跨膜结构域组成，这些结构域将受体分割为膜外N端、膜内C端、3 个膜外环以及3 个膜内环，因此也被称为7 次跨膜（seven transmembrane class of receptors ，7TM）蛋白［1］。其中黏附性家族由于其独特结构而备受关注，除了含有7TM α-螺旋跨膜结构域之外，它们还具有大量保守的胞外N-末端结构域和一个GPCRs 自身蛋白水解诱导结构域（GPS）［2］。GPCRs 是跨膜信号传导的三大膜受体之一，几乎分布于所有组织和器官中，参与大量生理过程，与许多疾病密切相关。目前，市场上的药物中，超过36%以上都是以GPCRs 为靶点，是当前最热门的药物靶点［3］。因此，掌握GPCRs 的调控机制是研发相关新药物的关键步骤，对关联疾病的预防和治疗也能起重大作用。

2 GPR124 的发现及生物学特性

GPR124 在人类结直肠恶性肿瘤新生血管的内皮细胞中被发现，并且首次与血管生物学联系在一起，故而也被称作肿瘤内皮标记物5［4］。GPR124 在人类染色体中定位于8p11.22，在大鼠中位于16q12.4 区域，两者的氨基酸序列有84%的同源性。组织水平上，GPR124 在人和小鼠中表达位置不同。GPR124 在人心脏、胎盘和小肠中表达水平较低，在骨骼肌、前列腺、睾丸和结肠中表达水平较高，此外还在肝、肾、胰腺、脾等组织中表达。在大鼠中仅于脑、心脏、肺、骨骼肌、胰腺、肠等组织检测到GPR124 的表达，而在人脑、胸腺和鼠肾上腺、肾皮质、肾延髓、肝脏、脾脏、胃中并无表达［5］。细胞水平上，GPR124 在多种组织内皮细胞中广泛表达，包括脑、心脏、视网膜、肾脏、胰腺等，这表明GPR124 可能与血管生成、动脉硬化等生理过程有关［5］。

作为黏附性家族的一员，GPR124 具有该家族成员的典型结构特征：共含有1 338 个氨基酸，其中胞外N-末端区域含有760 个氨基酸，由多个富含亮氨酸区域（亮氨酸富含重复序列，LRR）、免疫球蛋白（Ig）样结构域、激素结合结构域（HormR）和GPS组成［6］。GPR124 胞内结构域在C末端含有一个保守PDZ 结合基序［7］。最近研究表明，C末端的PDZ结合基序可与Elmo-Dock 家族和鸟嘌呤核苷酸交换因子连接，并且通过Rho GTPases 激活异三聚体G 蛋白依赖性途径［8］。Gβγ 亚基可以直接结合和激活下游效应物，启动GPR124 的G 蛋白信号转导通路（图1）［8］。

图1 GPR124 信号转导通路模型Fig 1 GPR124 signal transduction pathway model

3 GPR124 关联的信号转导分子

首先，从蛋白质相互作用数据库（https：//string-db.org/）获取了GPR124 蛋白质互作网络。它不仅包括已知的相互作用蛋白，还包括与GPR124 尚未明确关联的蛋白。在图中，节点表示化合物或蛋白质，边代表编码蛋白质-蛋白质的相互作用。文献报道GPR124 关联信号分子主要有以下几类（图2）。

图2 GPR124 蛋白质相互作用的网络Fig 2 GPR124 protein interaction network diagram

3.1 Wnt/β-catenin

Wnt/β-catenin 信号由FZD 家族受体和辅助受体LRP5/6 通 过 质 膜 传 递 信 号 介 导［9］。GPR124 信号转导复合物在中枢神经系统内皮细胞中特异性地 作 用 于Wnt7a/7b 血 管 生 成 信 号。Chang 等［10］研究表明，在正常小鼠出生当天或者2～3 月龄时敲除全身GPR124，并不会降低葡萄糖转运蛋白1 和血脑屏障标志物的表达，也不会影响中枢神经系统的血管构型和小鼠存活率。Anderson 等［11］为了研究GPR124 在胚胎期小鼠中的作用，使小鼠遗传缺失GPR124（GPR124-/-），发现GPR124-/-小鼠能够存活、外观正常，且具有生育能力。Gpr124-/-小鼠之间交配产生后代，在胚胎期第15.5 天（E15.5）或出生当天检查所有子代小鼠均发生脑血管、腭部和肺部发育异常，并且子代小鼠在围产期全部死亡。以上研究数据表明虽然在小鼠出生后敲除GPR124 并不影响其生存，但是GPR124 在胚胎期是脑内血管正常生成萌发和血管系统发育所必需的物质。

在E12.5 天的小鼠胚胎中，经典Wnt 信号与内皮细胞定位于中枢神经系统。Wnt7a 和Wnt7b 是典型Wnt 配体，表达于前脑和神经管，是中枢神经系统血管生成的起始部位。在小鼠胚胎中，敲除神经上皮Wnt7a/7b 或内皮GPR124，都会导致中枢神经系统血管生长停滞，产生没有血脑屏障特征的异常血管结构，即肾小球簇［12］。虽然在成年小鼠内皮细胞中敲除GPR124 不影响内稳态血脑屏障的完整性，但在病理条件下（如缺血性脑卒中、胶质母细胞瘤等），敲除GPR124 将导致许多神经血管Wnt 靶基因，如Axin2、Apcdd1和Cldn5的表达减少，同时伴随有脑血管中经典Wnt/β-catenin 信号表达减少［13，14］。因此，在疾病状态下，缺乏GPR124 会导致Wnt7a/7b 特异性信号传递中断，从而导致脑水肿、出血以及血脑屏障渗漏。由此说明，GPR124 在中枢神经系统血管生成和血脑屏障中的作用与Wnt7a/7b 介导内皮细胞中的经典信号通路相偶联。

在E10.5 普通小鼠胚胎中，Reck基因在血管和神经前体细胞中大量表达，而Reck基因缺陷小鼠在大约E10.5 时死亡，伴随着组织完整性受损、腹腔出血和神经细胞提前分化［15］。在E11 使用他莫昔芬沉默Reck基因，将导致E15.5 的小鼠胚胎出现脑出血和血管缺陷，甚至造成胚胎死亡。因此，Reck基因对于小鼠胚胎发育是必不可少的［16］。Vanhollebeke等［17］研究结果表明，Reck 与GPR124 在响应Wnt7a/7b 共激活Wnt/β-catenin 信号方面具有协同作用，并且通过与LRP5/6 共转染Fz4 可以进一步增强Wnt/LRP5/LRP6 的信号转导。通过比较发现，GPR124协同Reck 与Wnt7a/7b 的共激活程度最高，而对于其它Wnts 几乎没有反应。当GPR124 协同Reck 与Wnt 在 体 外 共 存 时，Wnt7a/7b 触 发 经 典Wnt 通 路 的信 号 显 著 增 强［17］。基 于 这 些 发 现，说 明Reck 与GPR124 是激活Wnt7a/7b 的特异性因子，同时根据GPR124 协同Reck 促进Wnt 信号通路提出了相应模型（图3）［7，9］。

图3 GPR124 与中枢神经系统血管生成和血脑屏障的相关性Fig 3 Correlation of GPR124 with central nervous system angiogenesis and blood-brain barrier

3.2 TGF-β

转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）信号通路在中枢神经系统血管生成中的作用已有研究，该信号通路是由TGF-βR2 与TGFβR1 或内皮特异性受体Alk1 组成的异构体受体介导［18］。TGF-β1 是一种多功能的细胞因子，在神经元的产生、存活、迁移，神经胶质细胞分化和突触形成中起着重要作用。Anderson 等［11］研究表明TGFβ 在体外诱导人脐静脉内皮细胞GPR124 表达上调；在小鼠体内敲除GPR124，TGF-β 信号成员以及靶基因表达发生改变，证明GPR124 可能参与TGF-β信号通路［19］。在血管系统中缺乏GPR124 表达，胚胎表现出神经管血管侵入延迟、发育缺陷和出血。TGF-β 通路中基因缺失，将导致小鼠胚胎前脑和脊髓特异的异常血管形成，这与GPR124 和Wnt7a/7b缺失突变体中看到的血管表型相似。TGF-β3、整合 素αv/β8 缺 失 后 会 出 现 腭 裂，并 且TGF-β3 或Wnt7a/7b 缺失后会出现肺发育不良，而在GPR124缺失突变体也可表现为腭裂和肺部发育不良，以上结果进一步支持GPR124 可能与TGF-β 信号通路相互作用的假设［10］。在GPR124 缺失小鼠中，通过免疫组织化学观察到肾小球簇中血管基底层胶原蛋白的异常分布和沉积，平滑肌细胞异常聚集［19］。刺激TGF-β 可特异性引起基底膜形成以及平滑肌细胞募集或分化，进一步证明在血管中GPR124 缺失将会导致TGF-β 信号升高。综上所述，GPR124与TGF-β 信号通路之间的关系可建立一个潜在的模型（图4）。

图4 中枢神经系统中GPR124 与TGF-β 信号通路相互作用模型Fig 4 Interaction model between GPR124 and TGF-β signaling pathway in the central nervous system

3.3 VEGF

肿瘤血管生成是原发肿瘤生长和转移的关键。肿瘤细胞中的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）通 过 激 活VEGF 受 体（vascular endothelial growth factor receptor ，VEGFR）介导的内皮细胞血管生成信号，诱导内皮细胞增殖、迁移和侵袭，从而形成新的血管，是肿瘤血管生成的主要驱动力［20］。在肿瘤血管生成中，VEGF主要通过VEGFR2 发出信号，激活SRC、FAK、AKT、ERK 和JNK 等下游因子，从而调控内皮细胞的增殖、迁移和侵袭［20］。Cullen 等［4］发现肿瘤血管中GPR124基因上调有助于限制VEGF 和其他肿瘤衍生的通透性因子引起的血管渗漏。Wang 等［20］研究GPR124 在肿瘤血管生成中的作用，发现沉默GPR124 可 减 少VEGF 诱 导 的VEGFR2、FAK 和SRC 磷酸化，显著降低VEGF 和VEGFR2 的表达，从而减少肿瘤血管生成，表明GPR124 可能调节肿瘤血管生成中的VEGF/VEGFR 信号。VEGF 及其辅助受体神经纤毛蛋白1 在脑血管生成和血脑屏障分化中起重要作用。在胚胎发育过程中，对GPR124+/+小鼠和GPR124-/-小鼠脑中表达的VEGF 分析表明，VEGF164 是其主要表达形式，而VEGF120 和VEGF188 表达水平较低，但每种VEGF 变体均在GPR124-/-小鼠脑中过表达［4］。因此，敲除GPR124 可能会导致VEGF 上调，引起血管渗漏，影响血脑屏障形成。

4 GPR124 与相关疾病

4.1 脑血管疾病

敲除GPR124 引起胚胎死亡是由于中枢神经系统血管生成停滞和出血，而血管过度表达导致中枢神经系统血管畸形增殖，这表明GPR124 与各种中枢神经系统疾病的血管病理有关。Vallon 等［21］证明GPR124 胞 外Horm 结 构 域 包 含RGD（Arg-Gly-Asp）序列，可与细胞外基质和细胞表面上的糖胺聚糖结合，并通过结合整合素αvβ3 调节细胞功能、刺激细胞迁移、诱导细胞黏附、促进血管生成。整合素αvβ3 是一种二聚体糖蛋白，在细胞黏附及血管生成过程中起重要作用，并且是RGD 序列的主要结合受 体。Xiao 等［22］截 选GPR124 包 含RGD 序 列 的 胞外结构域（GCPF），并评估该结构域是否能通过靶向整合素αvβ3 来改善血管性痴呆的认知功能。体外和离体血管实验表明GCPF 具有促进血管生成的生物活性，能够刺激细胞迁移和黏附，促进血管内皮细胞生长。组织学分析显示，在血管性痴呆大鼠模型中，皮下注射GCPF 可增加海马CA1 区血管和神经元的数量，诱导血管新生，改善空间学习记忆能力［22］。证明GPR124 可以靶向结合整合素αvβ 3，促进体内外血管生成，改善血管性痴呆小鼠的认知功能。Chen 等［6］研究GPR124 在周细胞极化和迁移中的作用，证明GPR124 在周细胞中高表达，并通过介导细胞骨架重排参与丝状伪足形成。在脑缺血损伤情况下，丝状伪足的形成对于周细胞极化和迁移至关重要，GPR124 通过调节极化细胞骨架重排来影响细胞极化，从而促进周细胞极化和迁移［6］。综上所述，表明GPR124 可作为缺血性卒中和血管性痴呆等中枢神经系统血管损伤性疾病的潜在靶点。

4.2 心血管疾病

AS 可引发冠心病、脑卒中和周围血管病等心脑血管疾病，主要病理改变是动脉内膜功能障碍、脂质代谢异常和炎症反应［23］。Gong 等［24］采用内皮特异性基因过表达和荧光免疫组织等化学方法研究GPR124 在成年小鼠AS 形成过程中的作用，显示GPR124 通过激活亚硝化应激和NLRP3 炎性小体加重AS 内皮细胞损伤。IL-1β 是AS 斑块内最常见的促炎细胞因子，而NLRP3 可激活caspase-1 促进IL-1β 的释放。因此，抑制NLRP3 炎性小体可阻断NLRP3 的活化，进而降低IL-1β 的表达，使ox-LDL诱导形成的泡沫细胞数量明显减少，从而预防或延缓AS 的发生。因此，GPR124 可通过抑制NLRP3活化影响AS 的发生发展，未来可作为预防和治疗AS 的潜在药物靶点。Kaur 等［25］发现GPR124 在骨骼肌平滑肌细胞去分化过程中表达上调，且对骨骼肌平滑肌细胞中炎性因子表达具有负性调控作用，表明GPR124 可能是调节血压的潜在靶点。Calderón-Zamora 等［26］研 究 了GPR124 在 高 血 压 发生发展中的作用，发现GPR124 在主动脉、心脏、肾脏和脑中均有表达，但在高血压情况下，GPR124 在左心房和左心室中的表达上调，这表明过表达GPR124，可增加血管生成以减少高血压引发的心肌损害。但由于目前缺乏已知的激动剂/拮抗剂，没有关于其在调节血管张力或其他平滑肌细胞功能中作用的数据，因此GPR124 是否参与血压调节仍有待进一步研究。

4.3 肿瘤

GPR124 在大肠癌、乳腺癌、胃癌和肺癌的肿瘤内皮细胞中高度表达，而不存在于相应的正常组织中。GPR124 是血管内皮生长因子诱导体内肿瘤血管生成所必需的，抑制GPR124 蛋白表达可有效地控制肿瘤生长［20］。在非小细胞肺癌临床标本中miRNA-138-5p 的表达与GPR124 的表达呈显著负相关。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼是治疗表皮生长因子受体活化突变非小细胞肺癌的有效药物［27］。Gao 等［27］证明，在吉非替尼敏感的PC9 细胞中，高水平表达的miRNA-138-5p 直接抑制GPR124 表达，使细胞对吉非替尼具有敏感性。相反，在对吉非替尼产生耐药性后，miRNA-138-5p 的表达丢失，导致GPR124 高表达。此外，在体外敲除GPR124 克服了非小细胞肺癌对吉非替尼的耐药性，因此，GPR124 可能成为其潜在的治疗靶点。Wang 等［28］通过分子生物学实验证明，β-榄香烯与紫杉醇联合使用可刺激细胞凋亡，降低GPR124 的表达，有效抑制肿瘤的生长和转移。

5 总结与展望

综上所述，GPR124 不仅参与了血管生成、维持血脑屏障功能和内皮炎症反应等基本病理生理过程，还可以作为治疗心脑血管系统疾病及其并发症的潜在药物靶点。目前，已知关于GPR124 的实验和研究均建立在动物模型之中，其在人体组织器官中具体作用机制并未阐明。包括GPR124 配体鉴定、活性检测及其重要信号转导通路机制在内的诸多问题还亟待解决。因此，进一步研究GPR124 病理生理机制，探讨其在心脑血管疾病中的作用及作为药物靶点的可能性具有较好的应用前景。