摘要G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCRs)是一大家族，介导许多激素的信号转导。在激动剂的持续作用下，GPCRs可发生对激动剂的敏感性下降，即受体减敏，现认为这一过程主要由G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases,GRKs)和arrestins两大蛋白家族介导：GRKs先结合并磷酸化被激动剂占领的受体，然后arrestins与磷酸化的受体结合，阻止受体与G蛋白发生作用，导致受体功能减退。近来发现，GRKs和arrestins还参与受体的内陷机制，而受体的复敏又与内陷密切相关。

中国图书分类号R 345； R 392.11

文献标识码A文章编号1001-1978(1999)04-0293-04

Effect of receptor kinases & arrestins in

G protein-coupled receptor regulation

LEI Bei-Lei, HAN Qi-De

(Institute of Vascular Medicine, Third Hospital Beijing Medical University, Beijing100083)

ABSTRACTG protein-coupled receptors (GPCRs) mediate many signal transduction pathways. Most GPCRs are often desensitized during agonist exposure. The process appears to be mainly mediated by G protein-coupled receptor kinases (GRKs) and arrestins: GRKs bind to agonist-occupied receptors and phosphorylate them, which leads to the binding of arrestin and prevents the interaction of receptor and G protein. Recent studies have revealed that GRKs and arrestins also play important roles in endocytosis of GPCRs related to receptor resensitization.

KEY WORDSG protein-coupled receptor; receptor kinase; arrestins; regulation

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCRs)是一大家族，现已发现1 000多种，包括肾上腺素受体、血管紧张素Ⅱ受体、M型乙酰胆碱受体等，它们与相应的配体结合，通过与细胞膜内侧的G蛋白偶联，将细胞外信号传至细胞内，继而产生一定的效应。它们在激动剂持续存在时，往往对激动剂的敏感性下降，效应降低。减敏的机制可从转录、翻译和蛋白3个不同水平进行研究。在蛋白水平可由于受体蛋白的降解增加，也可由于受体与G蛋白脱偶联，属快速减敏，在数秒至数分钟内就可完成。目前认为这一快速的同源减敏主要由G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases,GRKs)和arrestins两大蛋白家族介导：GRKs先结合并磷酸化被激动剂占领的受体，然后arrestins与磷酸化的受体结合，阻止受体与G蛋白发生作用，导致受体功能减退。受体为了对激动剂浓度的快速变化作出反应，失活的受体还必须很快复活才能为再次刺激作储备，这就涉及受体的内陷和复敏，近来发现这些过程也与GRKs和arrestins有关。本文就此作一简要综述。

1G蛋白偶联受体激酶(G protein-coupled receptor kinases, GRKs)

GRK家族现已发现GRK1～6 6个成员。GRK1和GRK2迄今研究最多。

GRK1是于70年代最早发现的成员^［1］，优先与光激活的视紫质(rhodopsin)结合，使之磷酸化，并发生减敏，所以GRK1又称视紫质激酶(rhodopsin kinase)，其有一CAAX共有序列指导自身法呢基化(Farnesylation)，靶向转移至光激活的视紫质所在的膜位置，与后者结合并使其磷酸化^［2］。视紫质的磷酸化位点位于C-末端的丝氨酸/苏氨酸残基富集区^［3］。GRK1主要分布于视网膜，已被克隆。

GRK2是在80年代探讨β₂肾上腺素受体(β₂AR)同源减敏机制时发现的^［4］，它分布广泛，能使已被激动剂激活的β₂AR磷酸化，所以又称β肾上腺素受体激酶(β-adrenergic receptor kinase,β ARK)。由于βARK能磷酸化光激活的视紫质，而GRK1也能磷酸化激动剂激活的β₂ AR，说明二者在信号系统的调节机制中有相似之处，且二者在氨基酸序列上的显著同源性(33%完全一致，58%相似)，也提示它们是GRKs基因家族的成员^［5］。GRK2的cDNA已得到克隆。

进入90年代后，GRK家族的另外4个成员相继被克隆。GRK3(又称β ARK2)从牛脑cDNA文库中，GRK4(IT11)从人的脑皮质cDNA文库中，GRK5从人的心脏cDNA文库中，GRK6从人的心脏和脑cDNA文库中被克隆。其中GRK3,5,6分布广泛，GRK4主要分布在睾丸。所有的GRK成员拥有一类似的结构组成：一个位于N-末端由约185个氨基酸残基组成的弱保守区，一个由约270个氨基酸残基组成的保守蛋白激酶催化区，和一个由105～230个氨基酸残基组成的C-末端区。

GRK1～6根据序列同源性又被分为3大亚家族：GRK1为第1亚族，GRK2和GRK3为第2亚族，GRK4～6为第3亚族。它们转移到细胞膜与受体结合的机制不尽相同：GRK1通过自身法呢基化，GRK2～3主要通过游离的G蛋白βγ亚基^［6］和酸性磷脂^［7］，GRK4和GRK6通过自身棕榈酰化，GRK5则通过N-和C-末端的多基数区域转位至细胞膜上，与被激动剂激活的受体结合，并使之发生磷酸化。另外，GRKs的活性还受蛋白激酶C、钙结合蛋白如恢复蛋白(recoverin)和钙调素等的调节。

2Arrestins分布与GPCRs

Arrestins是一类可溶性蛋白家族，对细胞内的信号转导起抑制作用，现已克隆出4个成员：arrestin,β-arrestin, arrestin 3和cone arrestin。Arrestin为一分子质量为48 ku的蛋白，主要分布在视网膜，是于1985年作为自身免疫性眼色素层炎的病原抗原首次被发现的，起初叫S-抗原，随后发现它可调节视杆细胞的光依赖性信号转导，所以又称视觉arrestin^［8］。暗光下arrestin溶解在胞浆中，当视紫质被光激活并被GRK1磷酸化后，arrestin则转位到视杆细胞外节盘膜与视紫质结合，阻碍其与G蛋白偶联。Xu等在缺乏arrestin的转基因小鼠模型上发现，arrestin的存在可使受体的减敏程度增加1倍^［9］。1987年Benovic等发现1种类似于视觉arrestin的蛋白参与了β₂AR的减敏^［10］，不久其c DNA得到克隆，此蛋白被称为β-arrestin。接着，arrestin 3 (又称β-arrestin2)被发现并克隆。这两种arrestin分布广泛，属非视觉arrestin，可与多种受体作用，如β₂ AR 、β₁ AR、α_1B AR、M₂型乙酰胆碱受体、视紫质等。在β₂ AR减敏模型中，β-arrestin可促使受体与Gs蛋白进一步脱偶联，但仅对被β ARK磷酸化的受体敏感，对被蛋白激酶A磷酸化的受体不敏感，这说明β-arrestin参与β₂ AR的同源减敏机制^{［1 1］}。Cone arrestin是1993年被克隆的另一种视网膜特异性arrestin，在视锥细胞中极其丰富，由于其基因位于X染色体上，又称X-arrestin，对其功能还不了解，与arrestin同被归入视觉arrestin。

现对4种arrestin参与GPCRs调节的基本结构域已有一定的了解。各种arrestin在N-末端存在一共同的恒定氨基酸序列，包括激活识别区(可识别区分激动剂或非激动剂激活的GPCRs)、磷酸化识别区(识别受体是否处于磷酸化状态)和第二疏水交互作用区。其中前二者又被称为第一交互作用区，激动剂激活的磷酸化的GPCRs与之结合后，可促使arrestins的构象发生改变，暴露出第二疏水交互作用位点，使得arestins对GPCRs的亲和力大大增强^［12］。视觉和非视觉arrestin的结构差别位于靠近C-末端处，后者有clathrin结合位点，而前者没有。C lathrin被认为是参与一种细胞吞噬方式(clathrin介导的细胞吞噬)的主要作用蛋白成分。

3G蛋白偶联受体的内陷与受体减敏和复敏

大量研究证明，受体激动剂可促使GPCRs从细胞膜上转位至胞内，即受体内陷，该过程发生迅速，数分钟可完成。内陷的受体位于一种囊泡中，密度小于胞膜，具疏水性，可用蔗糖梯度离心法分离膜受体和内陷的受体。受体内陷后与激动剂的亲和性大大降低，亦不能与G蛋白偶联。放射配基结合实验和免疫组化技术等证明β₂ AR、α_1B AR、M型乙酰胆碱受体、5-羟色胺受体等均可经clathrin途径发生内陷。

最初认为受体内陷是受体快速减敏的机制，在使M₃型乙酰胆碱受体C-末端的苏氨酸突变后，受体的内陷和减敏功能都严重受损^［13］。但近来在β₂AR模型上发现，快速脱偶联要先于受体内陷发生，引起效应降低的程度也大于后者所引起的；在组胺2型受体上，受体的内陷和减敏表现为两个完全独立的过程^［14］，所以只能说受体内陷并不是受体快速减敏所必需的过程。

在激动剂刺激期间，受体不仅发生快速内陷，内陷的受体还不断返回至胞膜，恢复到可激动状态，该过程称受体的复敏。最近的研究结果显示，受体的内陷可能在受体的复敏过程中扮演着至关重要的角色。受体从胞浆返回至胞膜需要先脱磷酸化，在内陷受体所在的囊泡中就发现有一种强磷酸酶活性的物质，能使被β ARK磷酸化的β₂ AR脱磷酸化，用蛋白磷酸酶的抑制剂calyculin A和抑制细胞内转运发生的monensin，均可阻断β₂ AR的复敏。这种具有磷酸酶活性的物质已从牛脑中提纯出来，被称为G蛋白偶联受体磷酸酶(G protein-coupled receptor phosphatase,GRP)^［15］。受体的脱磷<