新闻与代表性论文
当前位置:首页 新闻与代表性论文 新闻 质子感应受体GPR65在疾病中的用武之地
质子感应受体GPR65在疾病中的用武之地

时间:2022-06-23作者:小O


导读

2003年,质子感应 G 蛋白偶联受体(GPCR)家族首次被提出,该家族由属于 A 类孤儿 GPCR 的四个成员组成:G 蛋白偶联受体4(GPR4)、T细胞死亡相关基因8(GPR65/TDAG8)、卵巢癌 G 蛋白偶联受体1(GPR68 /OGR1))和 G 蛋白偶联受体132(GPR132 /G2A )这些受体是感知微环境酸化的细胞传感器,可以检测pH6.5至7.5范围内的细胞外pH值的变化而触发细胞内信号传导。这一特性归因于关键组氨酸残基的存在,这些组氨酸的咪唑基团的质子化导致组氨酸之间的氢键松动和不稳定,并可能最终将受体构象变为活性状态[1]


质子感应 G 蛋白偶联受体与多种几种pH依赖性生理活动有关,包括呼吸的中枢控制、肾脏对酸碱状态变化、胰岛素分泌和外周对胰岛素的反应、机械感觉和细胞趋化性的适应。它们在多种炎症性疾病(哮喘、炎症性肠病)的发生和进展、神经性疼痛方面以及肿瘤细胞代谢和侵袭等病理过程中的作用越来越受到关注,并使这些受体成为新的且有趣的治疗靶点。在最近研究中,发现孤儿受体GPR31 和GPR151被确定为潜在的质子感应GPCR。


微信图片_20220623111223.png

图:质子感应 G 蛋白偶联受体的主要生理作用[4]


在正常生理条件下,GPR65、GPR4、GPR68 和 GPR132等普遍表达,GPR65主要在T和B淋巴细胞以及巨噬细胞和其他先天免疫细胞(例如,嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞)中表达[2-3]。今天,小O带大家详细了解GPR65以及其在生理和病理生理学中的作用。



关于GPR65

GPR65 开始被鉴定为鞘糖脂精神胺(d-半乳糖基-β -1,1'-鞘氨醇)的受体,与心理信号传导有关[5]。后来,发现了它具有质子感应的能力。2005年,Ishii 等人观察到 GPR65可以在pH值低于7.2时被质子激活,导致环磷酸腺苷(cAMP)增加和ras同源基因家族成员A (RhoA) 激活[6]。到目前为止,GPR65已显示出显著的多种生物学特性,并已被确定为几种病理生理状态和疾病的潜在靶标,其激动剂和拮抗剂都可能潜在地减少或改善多种疾病状态。



GPR65 在炎症和慢性炎性疼痛过程中的作用

在酸性pH刺激下,GPR65可通过cAMP依赖性机制导致脂多糖 (LPS) 刺激后腹腔巨噬细胞中IL-6和肿瘤坏死因子-α (TNFα) 产生减少[7]。同样,GPR65的激活会减少T细胞中IL-6和TNFα的产生,并导致 IL-10产生增加[8];而GPR65的缺乏会增加结肠炎症期间中性粒细胞和巨噬细胞的浸润[9]。这表明,在炎症背景下和酸性pH刺激下,GPR65活化具有相当好的抗炎作用



GPR65 在疼痛过程中的作用

在疼痛的情况下,GPR65的抑制减少了小鼠对痛觉过敏的启动,并延迟了炎症性疼痛的发生[10],并且GPR65可能参与类风湿性关节炎进展和相关疼痛过程中的巨噬细胞极化[11]。此外,GPR65在体内骨癌诱导的疼痛期间显示出在脊髓中的表达增加,并以PKA依赖的方式增加了癌诱导的疼痛[12]。总之,GPR65在炎症和癌症诱导的疼痛中具有重要但不明确的作用,是炎症性和癌症引起的疼痛的靶标,其拮抗剂可能是治疗炎症性和神经性疼痛的有希望的新疗法。



GPR65 在肿瘤发生过程中的作用

研究发现在 Lewis 肺癌中GPR65的过表达可以通过 PKA 和细胞外信号调节激酶 (ERK),进而促进肿瘤生长[13]。而且,与GPR4类似,GPR65在人类结肠、卵巢和肾脏肿瘤组织中过表达[14]。Pathios近期开发的GPR65小分子抑制剂PTT-3213使得MC38小鼠共生癌模型的肿瘤生长明显减少,能够显著增加肿瘤微环境中CD8+T细胞和自然杀伤T细胞的数量,能够协同PD-1抗体在小鼠MC38肿瘤模型中产生更好的药效。另一方面,酸中毒引起的GPR65激活介导Gα13/Rho信号导致人类淋巴瘤细胞中强癌基因c-Myc表达降低[15]。基于GPR65在淋巴组织中的强表达,它被认为是一种背景肿瘤抑制因子,其激活可能代表一种潜在的抗肿瘤发生方法,特别是在血液恶性肿瘤(包括白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤)中。总之,GPR65具有多种促癌和抗癌作用,这取决于癌症类型和环境。



GPR65 在脑功能过程中的作用

体外暴露于高碳酸血症的小鼠实验表明,小胶质细胞中GPR65可检测到穹窿下器官的低pH值,从而诱导细胞因子IL1β的释放,刺激穹窿下器官的神经元[16],进而诱导如恐惧、焦虑和恐慌性等行为。与对照组相比,惊恐障碍患者的外周血单个核细胞中GPR65表达水平(适度)升高[17]。此外,敲除GPR65的小鼠在强迫游泳测试后似乎焦虑和抑郁都能够得到缓解[18]。GPR65的激活也被提议作为脑缺血中的神经保护剂,GPR65 激动剂 BTB09089 减少了缺血小鼠的梗死面积,并在再灌注后 24 小时减少了炎症标志物的表达[19]



GPR65在胃肠道过程中的作用

GPR65是炎症性肠病的易感基因。近期,刘占举教授团队发现,GPR65通过cAMP-PKA-C-Raf-ERK1/2-LKB1介导的信号通路抑制Nuak2表达,进而促使Th1和Th17细胞分化,最终影响了肠道的炎症疾病,并提出靶向CD4+T细胞中的GPR65以及Nuak2有望改善肠道炎症,为IBD的治疗提供了新思路[20]



GPR65在脱敏及骨生长过程中的作用

GPR65已被证明可通过 cAMP 途径增加酸性 pH 中嗜酸性粒细胞的活力,这是延长和加重哮喘炎症的一个标志性机制[21]


pH 是成骨细胞和破骨细胞活性的关键调节剂。在去卵巢的小鼠中,在GPR65缺失的情况下,骨吸收增强,破骨细胞数量增加,破骨细胞活性增加,导致过度的骨吸收[22]。此外,有研究发现GPR65 保护缺血后的脑损伤,可能与GPR65的激活抑制破骨细胞中钙吸收,从而提高骨密度有关[23-24]


目前已知的只有少数物质可以调节GPR65的活性。除了质子和精神丙胺外,一种变构调节剂BTB09089已被描述为TDAG8的激活剂,在缺血性中风大鼠模型中显示出神经保护作用。此外,与多种化合物的对接研究已确定化合物 ZINC13684400为TDAG8的正变构调节剂,ZINC62678696 为 TDAG8的负变构调节剂,为进一步明确GPR65的生理功能与作用奠定了重要的研究基础。

微信图片_20220623111511.png

 表:迄今为止已知的 GPR65的激动剂、正变构调节剂和负变构调节剂[25]


虽然人们对GPR65在生理和病理生理学中的作用进行了广泛的研究,但在研究其基本特性,如分子水平和下游信号传导的调控方面研究较少。


GPR65通过与Gαs结合激活腺苷酸环化酶(adenylate cyclase,AC),促进环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)升高,进而激活蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)/环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)CREB是一种转录因子,可与启动子或增强子区域的DNA序列结合,从而增加或减少下游基因的转录


微信图片_20220623111236.png

图:Gαs耦合GPCRs和下游事件[26]



晶蛋生物

深圳晶蛋生物医药科技有限公司成立于2019年8月,致力于慢性肾病、抑郁症和恶性肿瘤等重大疾病的膜蛋白创新药物研发,立志成为全球极具创新力和影响力的企业,近日已完成近亿元Pre-A轮融资。

核心团队由哈佛大学、中科院上海药物所等多所顶尖科研院所和制药公司的博士组成,在膜蛋白抗原抗体、药物靶点结构解析、基于结构和人工智能的药物研发和药理学等领域的研发能力处于国际一流水平。

公司于2020年获得中国深圳创新创业大赛生物医药行业一等奖、2020年“科创中国”先导技术奖、第九届中国创新创业大赛全国优秀奖、科创中国科技创新创业大赛TOP10和粤港澳大湾区生物科技创新企业50强等奖项。

官网链接:www.crystalobio.com

商务合作:张先生 15180009998




END



微信图片_20220623111242.jpg



参考文献

1. Ludwig, M. G., Vanek, M., Guerini, D., Gasser, J. A., Jones, C. E., Junker, U., Hofstetter, H., Wolf, R. M., and Seuwen, K. (2003) Proton-sensing Gprotein-coupled receptors. Nature 425, 93–98.

2. Fagerberg, L.; Hallstrom, B.M.; Oksvold, P.; Kampf, C.; Djureinovic, D.; Odeberg, J.; Habuka, M.; Tahmasebpoor, S.; Danielsson, A.; Edlund, K.; et al. Analysis of the human tissue-specific expression by genome-wide integration of transcriptomics and antibody-based proteomics. Mol. Cell Proteom. 2014, 13, 397–406.

3. Radu, C.G.; Nijagal, A.; McLaughlin, J.; Wang, L.; Witte, O.N. Differential proton sensitivity of related G protein-coupled receptors T cell death-associated gene 8 and G2A expressed in immune cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 1632–1637.

4. Pedro H Imenez Silva, Carsten A Wagner (2022) Physiological relevance of proton-activated GPCRs. 2022 May;474(5):487-504.

5. Im, D.S.; Heise, C.E.; Nguyen, T.; O’Dowd, B.F.; Lynch, K.R. Identification of a molecular target of psychosine and its role in globoid cell formation. J. Cell Biol. 2001, 153, 429–434.

6. Ishii, S.; Kihara, Y.; Shimizu, T. Identification of T cell death-associated gene 8 (TDAG8) as a novel acid sensing G-protein-coupled receptor. J. Biol. Chem. 2005, 280, 9083–9087.

7. Mogi, C.; Tobo, M.; Tomura, H.; Murata, N.; He, X.D.; Sato, K.; Kimura, T.; Ishizuka, T.; Sasaki, T.; Sato, T.; et al. Involvement of proton-sensing TDAG8 in extracellular acidification-induced inhibition of proinflammatory cytokine production in peritoneal macrophages. J. Immunol. 2009, 182, 3243–3251.

8. Onozawa, Y.; Fujita, Y.; Kuwabara, H.; Nagasaki, M.; Komai, T.; Oda, T. Activation of T cell death-associated gene 8 regulates the cytokine production of T cells and macrophages in vitro. Eur. J. Pharm. 2012, 683, 325–331.

9. Tcymbarevich, I.; Richards, S.M.; Russo, G.; Kuhn-Georgijevic, J.; Cosin-Roger, J.; Baebler, K.; Lang, S.; Bengs, S.; Atrott, K.; Bettoni, C.; et al. Lack of the pH-sensing Receptor TDAG8 [GPR65] in Macrophages Plays a Detrimental Role in Murine Models of Inflammatory Bowel Disease. J. Crohns Colitis 2019, 13, 245–258.

10. Dai, S.P.; Huang, Y.H.; Chang, C.J.; Huang, Y.F.; Hsieh, W.S.; Tabata, Y.; Ishii, S.; Sun, W.H. TDAG8 involved in initiating inflammatory hyperalgesia and establishing hyperalgesic priming in mice. Sci. Rep. 2017, 7, 41415.

11. Kung, C.C.; Dai, S.P.; Chiang, H.; Huang, H.S.; Sun, W.H. Temporal expression patterns of distinct cytokines and M1/M2 macrophage polarization regulate rheumatoid arthritis progression. Mol. Biol. Rep. 2020.

12. Hang, L.H.; Yang, J.P.; Yin, W.; Wang, L.N.; Guo, F.; Ji, F.H.; Shao, D.H.; Xu, Q.N.; Wang, X.Y.; Zuo, J.L. Activation of spinal TDAG8 and its downstream PKA signaling pathway contribute to bone cancer pain in rats. Eur. J. Neurosci. 2012, 36, 2107–2117.

13. Ihara, Y.; Kihara, Y.; Hamano, F.; Yanagida, K.; Morishita, Y.; Kunita, A.; Yamori, T.; Fukayama, M.; Aburatani, H.; Shimizu, T.; et al. The G protein-coupled receptor T-cell death-associated gene 8 (TDAG8) facilitates tumor development by serving as an extracellular pH sensor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 17309–17314.

14. Sin, W.C.; Zhang, Y.; Zhong, W.; Adhikarakunnathu, S.; Powers, S.; Hoey, T.; An, S.; Yang, J. G protein-coupled receptors GPR4 and TDAG8 are oncogenic and overexpressed in human cancers. Oncogene 2004, 23, 6299–6303.

15. Justus, C.R.; Sanderlin, E.J.; Dong, L.; Sun, T.; Chi, J.T.; Lertpiriyapong, K.; Yang, L.V. Contextual tumor suppressor function of T cell death-associated gene 8 (TDAG8) in hematological malignancies. J. Transl. Med. 2017, 15, 204.

16. Vollmer LL, Ghosal S, McGuire JL, Ahlbrand RL, Li K-Y, Santin JM, Ratlif-Rang CA, Patrone LGA, Rush J, Lewkowich IP, Herman JP, Putnam RW, Sah R (2016) Microglial acid sensing regulates carbon dioxide-evoked fear. Biol Psychiatry 80:541–551.

17. Strawn JR, Vollmer LL, McMurray KMJ, Mills JA, Mossman SA, Varney ST, Schroeder HK, Sah R (2018) Acid-sensing T cell death associated gene-8 receptor expression in panic disorder. Brain Behav Immun 67:36–41.

18. McMurray KMJ, Vollmer LL, Ahlbrand R, Thomas J, Winter A, Lewkowich IP, Sah R (2019) Immunomodulatory T cell death associated gene-8 (TDAG8) receptor in depression-associated  behaviors. Physiol Behav 209:112598.

19. Ma XD, Hang LH, Shao DH, Shu WW, Hu XL, Luo H (2017) TDAG8 activation attenuates cerebral ischaemia-reperfusion injury via Akt signalling in rats. Exp Neurol 293:115–123.

20. Lin R, Wu W, Chen H, Gao H, Wu X, Li G, He Q, Lu H, Sun M, Liu Z (2022) GPR65 promotes intestinal mucosal Th1 and Th17 cell differentiation and gut inflammation through downregulating NUAK2. Clin Transl Med. 2022 Mar;12(3):e771.

21. Kottyan, L.C.; Collier, A.R.; Cao, K.H.; Niese, K.A.; Hedgebeth, M.; Radu, C.G.; Witte, O.N.; Hershey, G.K.K.; Rothenberg, M.E.; Zimmermann, N. Eosinophil viability is increased by acidic pH in a cAMP- and GPR65-dependent manner. Blood 2009, 114, 2774–2782.

22. Hikiji H, Endo D, Horie K, Harayama T, Akahoshi N, Igarashi H, Kihara Y, Yanagida K, Takeda J, Koji T, Shimizu T, Ishii S (2014) TDAG8 activation inhibits osteoclastic bone resorption. FASEB J 28:871–879.

23. Sato, K.; Tobo, A.; Mogi, C.; Tobo, M.; Yamane, N.; Tosaka, M.; Tomura, H.; Im, D.S.; Okajima, F. The protective role of proton-sensing TDAG8 in the brain injury in a mouse ischemia reperfusion model. Sci. Rep. 2020, 10, 17193.

24. Hikiji, H.; Endo, D.; Horie, K.; Harayama, T.; Akahoshi, N.; Igarashi, H.; Kihara, Y.; Yanagida, K.; Takeda, J.; Koji, T.; et al. TDAG8 activation inhibits osteoclastic bone resorption. FASEB J. 2014, 28, 871–879.

25. Marco Sisignano, Michael J M Fischer, Gerd Geisslinger (2021) Proton-Sensing GPCRs in Health and Disease. Cells 2021 Aug 10;10(8):2050.  

26. Remy Robert , Charles R Mackay (2018) Gαs-coupled GPCRs GPR65 and GPR174. Downers for immune responses. Immunol Cell Biol 2018 Apr;96(4):341-343.