G蛋白信号调节因子在心血管系统中的作用(1)
[摘要] G蛋白偶联受体(G-Protein-Coupled-Receptors， GPCRs)在体内分布广泛，几乎参与所有生理活动的调节。G蛋白调节因子(Regulator of G protein Signaling， RGS)参与了G蛋白失活的调节。目前研究已证明，参与心血管系统生理和病理活动的很多递质和激素都是通过GPCR信号转导通路发挥作用的。RGS 蛋白通过调节GPCR通路信号转导和非GPCR依赖性途径影响多种心血管疾病的发生，其在心脏血管结构和功能中的地位已逐渐引起重视，有望成为相关疾病治疗的新靶点。本文将就RGS 蛋白及其在心血管系统中的作用作一综述。
[关键词] G蛋白信号调节因子；G蛋白偶联受体；心血管系统；作用
[中图分类号] R331.3+6[文献标识码] A[文章编号] 1674-4721(2012)04(c)-0015-03
G蛋白偶联受体(G-Protein-Coupled-Receptors， GPCRs)在体内分布广泛，几乎参与所有生理活动的调节。心血管系统中有100多种不同的GPCRs[1]。GPCRs与G蛋白结合，后者由α、β和γ三个亚基组成。G蛋白根据α亚基结构上的相似性可分为四个亚家族：Gs，Gi，Gq和G12[2]。哺乳动物细胞中至少有20种α亚基。激动剂与GPCRs结合后可以促进G蛋白的活化。这个过程是通过催化α亚基上GDP-GTP的交换实现的。静息状态下，α亚基与GTP结合，受刺激后其结构发生改变，与βγ亚基分离。与GTP结合的α亚基、βγ亚基二聚体继续调节下游效应物。这个信号转导过程是由Gα亚基的内源性的GTP酶活性所终止的，即Gα亚基把GTP水解为GDP，使α与βγ亚基重新聚合。通常认为，α亚基内源性的GTP酶活性不足以使G蛋白如此快地失活。因此，人们设想存在加快G蛋白失活的辅助因子。
G蛋白调节因子(Regulator of G protein Signaling， RGS)就参与了G蛋白失活的调节。RGS是1997年Dohlman等首先在啤酒酵母中发现的一种生物活性蛋白，与啤酒酵母Sst2p基因及线虫egl-10基因在结构上具有同源性，广泛分布于真菌、原虫和哺乳动物细胞内。RGS 蛋白具有GTPase活性(GTPase activition protein， GAP)，能够与Gα蛋白结合，加速GTP水解，对G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor，GPCR)激活后的生物学效应具有负性调控作用。目前研究已证明，参与心血管系统生理和病理活动的很多递质和激素都是通过GPCR信号转导通路发挥作用的。RGS 蛋白通过调节GPCR通路信号转导和非GPCR依赖性途径影响多种心血管疾病的发生，其在心脏血管结构和功能中的地位已逐渐引起重视，有望成为相关疾病治疗的新靶点。本文将就RGS 蛋白及其在心血管系统中的作用作一综述。
1 RGS 蛋白
1.1 RGS 蛋白的结构和分类
至今，在人类基因组中已发现37种基因编码的蛋白包含RGS或RGS样结构域。基于RGS结构域内序列的同源性，这些基因可以分成8个亚家族：A/RZ、B/R4、C/R7、D/R12、E/RA、F/GEF、G/GRK和H/SNX。此外，D-AKAP2和RGS22 (PRTD-NY2)分别含有2和3个RGS功能域，但并不属于8个亚家族之内[3]。
A/RZ和B/R4亚家族为简单蛋白，除RGS 结构域外，蛋白结构很少，含有PDZ 结构域。C/R7、D/R12、 E/RA 和F/RL都具有附加的亚家族特异性结构。C/R7亚家族的所有成员(RGS6， RGS7， RGS9， RGS11 )都包含一个DEP区，称之为R7同源区或R7H区，和一个GGL (G 蛋白γ亚单位样)结构域。PD/R12 家族成员(RGS12， RGS14)都具有一个RBD(RapB1/2B结合结构域)和一个GoLoco启动子。E/RA (Axin， Conductin )家族成员均含有一个糖原合酶激酶B3βB(GSKB3βB)结合结构域、β-catenin结合位点(β-Cat)和蛋白磷脂酶2A (PP2A)同源区，以及一个二聚体结构( DIX )。这些特异性结构决定了RGS 蛋白与介导其信号转导的蛋白之间的相互作用以及RGS 蛋白的亚细胞定位和调节。
1.2 RGS 蛋白的GAP活性
人们对RGS的最初认识就是RGS对Gα亚基的GAP活性，即RGS与Gα亚基结合，促进G蛋白失活。但E/RA家族和RGS样蛋白(RhoGEF除外)未发现有GAP活性。由于RGS具有GAP活性，因此一般来说RGS主要发挥抑制G蛋白信号转导的作用。但是一些研究表明RGS4可以促进GPCR信号转导。这种促进作用主要依赖于受体密度和GTP的量。G蛋白活化-失活循环的增加，如G蛋白被GPCR活化频率的增加，可以解释这种作用。因此小RGS蛋白对G蛋白信号转导起调节作用而不是抑制作用。大的RGS家族成员是多功能蛋白，可以形成多蛋白复合物，对G蛋白信号转导起整合作用，如促进特定信号转导通路的形成。
大部分RGS蛋白对Gαi/o 和Gαq/11具有GAP活性。迄今，仅发现RGS-PX1对Gαs具有GAP活性，但此发现仍需其他实验室的验证。RhoGEF是唯一对Gα12/13具有GAP活性的RGS样蛋白。研究表明，RGS蛋白不仅能区分不同的Gα亚家族，也能区分结合到同一Gα亚家族上的GPCR，有选择地调节信号转导[4-5]。例如，血管紧张素ⅡAT1受体和内皮素ETA受体的Gq/11信号转导可以被RGS5减弱，而Gq/11偶联的毒蕈碱型乙酰胆碱受体3未受影响。
2 RGS蛋白与心血管系统
GPCR和RGS蛋白都是心血管系统重要的调节因子。研究表明，RGS蛋白对于维持心血管系统的生理功能是必需的，它们在心血管系统病理状态下发生改变。
2.1 RGS2
心血管系统中很多与血管收缩相关的GPCR都与Gq偶联。现在已知的RGS蛋白一半以上对Gq具有GAP活性，都可能影响血管紧张度。RGS2对Gq具有选择性，可能是其最强有力的GAP。RGS2是心血管功能的重要的调节因子，因为它对Gq的GAP活性可以拮抗Gq介导的血管收缩。虽然RGS2可以调节Gi和Gs信号转导(通过GAP和非GAP机制)，它对Gq信号转导的调节可能产生最重要的生理作用。血管紧张素Ⅱ可以刺激培养的血管平滑肌细胞RGS2的基因表达，这可能起负反馈调节作用，因为RGS2可以通过对Gq的GAP活性使该信号通路失活。RGS2基因敲除小鼠有很强的高血压表型[6]。麻醉状态的小鼠，其高血压表型似乎仅与血管紧张素Ⅱ信号通路有关，因为AT1拮抗剂或ACEI药物可使血压恢复正常。值得关注的是，rgs2+/-和rgs2-/-具有相似的高血压表型，表明该基因的两个拷贝都对维持正常心血管功能非常重要。
RGS2也可以通过GPCR非依赖的途径发挥作用。NO是很强的的血管舒张剂，可以引起cGMP依赖的蛋白激酶(PKG)活化。PKG可以通过包括RGS2活化在内的许多机制促进血管舒张[7]。特别是cGMP依赖的蛋白激酶1-α可以直接与RGS2结合并使之磷酸化，这可以增加RGS2对Gq的GAP活性，导致血管舒张。在RGS2基因敲除小鼠中，此途径被打断。RGS2基因敲除小鼠的主动脉在体外对Gq偶联的激动剂表现为血管收缩性增强，对cGMP则表现为舒张性减弱。, 百拇医药(史潍华)
[关键词] G蛋白信号调节因子；G蛋白偶联受体；心血管系统；作用
[中图分类号] R331.3+6[文献标识码] A[文章编号] 1674-4721(2012)04(c)-0015-03
G蛋白偶联受体(G-Protein-Coupled-Receptors， GPCRs)在体内分布广泛，几乎参与所有生理活动的调节。心血管系统中有100多种不同的GPCRs[1]。GPCRs与G蛋白结合，后者由α、β和γ三个亚基组成。G蛋白根据α亚基结构上的相似性可分为四个亚家族：Gs，Gi，Gq和G12[2]。哺乳动物细胞中至少有20种α亚基。激动剂与GPCRs结合后可以促进G蛋白的活化。这个过程是通过催化α亚基上GDP-GTP的交换实现的。静息状态下，α亚基与GTP结合，受刺激后其结构发生改变，与βγ亚基分离。与GTP结合的α亚基、βγ亚基二聚体继续调节下游效应物。这个信号转导过程是由Gα亚基的内源性的GTP酶活性所终止的，即Gα亚基把GTP水解为GDP，使α与βγ亚基重新聚合。通常认为，α亚基内源性的GTP酶活性不足以使G蛋白如此快地失活。因此，人们设想存在加快G蛋白失活的辅助因子。
G蛋白调节因子(Regulator of G protein Signaling， RGS)就参与了G蛋白失活的调节。RGS是1997年Dohlman等首先在啤酒酵母中发现的一种生物活性蛋白，与啤酒酵母Sst2p基因及线虫egl-10基因在结构上具有同源性，广泛分布于真菌、原虫和哺乳动物细胞内。RGS 蛋白具有GTPase活性(GTPase activition protein， GAP)，能够与Gα蛋白结合，加速GTP水解，对G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor，GPCR)激活后的生物学效应具有负性调控作用。目前研究已证明，参与心血管系统生理和病理活动的很多递质和激素都是通过GPCR信号转导通路发挥作用的。RGS 蛋白通过调节GPCR通路信号转导和非GPCR依赖性途径影响多种心血管疾病的发生，其在心脏血管结构和功能中的地位已逐渐引起重视，有望成为相关疾病治疗的新靶点。本文将就RGS 蛋白及其在心血管系统中的作用作一综述。
1 RGS 蛋白
1.1 RGS 蛋白的结构和分类
至今，在人类基因组中已发现37种基因编码的蛋白包含RGS或RGS样结构域。基于RGS结构域内序列的同源性，这些基因可以分成8个亚家族：A/RZ、B/R4、C/R7、D/R12、E/RA、F/GEF、G/GRK和H/SNX。此外，D-AKAP2和RGS22 (PRTD-NY2)分别含有2和3个RGS功能域，但并不属于8个亚家族之内[3]。
A/RZ和B/R4亚家族为简单蛋白，除RGS 结构域外，蛋白结构很少，含有PDZ 结构域。C/R7、D/R12、 E/RA 和F/RL都具有附加的亚家族特异性结构。C/R7亚家族的所有成员(RGS6， RGS7， RGS9， RGS11 )都包含一个DEP区，称之为R7同源区或R7H区，和一个GGL (G 蛋白γ亚单位样)结构域。PD/R12 家族成员(RGS12， RGS14)都具有一个RBD(RapB1/2B结合结构域)和一个GoLoco启动子。E/RA (Axin， Conductin )家族成员均含有一个糖原合酶激酶B3βB(GSKB3βB)结合结构域、β-catenin结合位点(β-Cat)和蛋白磷脂酶2A (PP2A)同源区，以及一个二聚体结构( DIX )。这些特异性结构决定了RGS 蛋白与介导其信号转导的蛋白之间的相互作用以及RGS 蛋白的亚细胞定位和调节。
1.2 RGS 蛋白的GAP活性
人们对RGS的最初认识就是RGS对Gα亚基的GAP活性，即RGS与Gα亚基结合，促进G蛋白失活。但E/RA家族和RGS样蛋白(RhoGEF除外)未发现有GAP活性。由于RGS具有GAP活性，因此一般来说RGS主要发挥抑制G蛋白信号转导的作用。但是一些研究表明RGS4可以促进GPCR信号转导。这种促进作用主要依赖于受体密度和GTP的量。G蛋白活化-失活循环的增加，如G蛋白被GPCR活化频率的增加，可以解释这种作用。因此小RGS蛋白对G蛋白信号转导起调节作用而不是抑制作用。大的RGS家族成员是多功能蛋白，可以形成多蛋白复合物，对G蛋白信号转导起整合作用，如促进特定信号转导通路的形成。
大部分RGS蛋白对Gαi/o 和Gαq/11具有GAP活性。迄今，仅发现RGS-PX1对Gαs具有GAP活性，但此发现仍需其他实验室的验证。RhoGEF是唯一对Gα12/13具有GAP活性的RGS样蛋白。研究表明，RGS蛋白不仅能区分不同的Gα亚家族，也能区分结合到同一Gα亚家族上的GPCR，有选择地调节信号转导[4-5]。例如，血管紧张素ⅡAT1受体和内皮素ETA受体的Gq/11信号转导可以被RGS5减弱，而Gq/11偶联的毒蕈碱型乙酰胆碱受体3未受影响。
2 RGS蛋白与心血管系统
GPCR和RGS蛋白都是心血管系统重要的调节因子。研究表明，RGS蛋白对于维持心血管系统的生理功能是必需的，它们在心血管系统病理状态下发生改变。
2.1 RGS2
心血管系统中很多与血管收缩相关的GPCR都与Gq偶联。现在已知的RGS蛋白一半以上对Gq具有GAP活性，都可能影响血管紧张度。RGS2对Gq具有选择性，可能是其最强有力的GAP。RGS2是心血管功能的重要的调节因子，因为它对Gq的GAP活性可以拮抗Gq介导的血管收缩。虽然RGS2可以调节Gi和Gs信号转导(通过GAP和非GAP机制)，它对Gq信号转导的调节可能产生最重要的生理作用。血管紧张素Ⅱ可以刺激培养的血管平滑肌细胞RGS2的基因表达，这可能起负反馈调节作用，因为RGS2可以通过对Gq的GAP活性使该信号通路失活。RGS2基因敲除小鼠有很强的高血压表型[6]。麻醉状态的小鼠，其高血压表型似乎仅与血管紧张素Ⅱ信号通路有关，因为AT1拮抗剂或ACEI药物可使血压恢复正常。值得关注的是，rgs2+/-和rgs2-/-具有相似的高血压表型，表明该基因的两个拷贝都对维持正常心血管功能非常重要。
RGS2也可以通过GPCR非依赖的途径发挥作用。NO是很强的的血管舒张剂，可以引起cGMP依赖的蛋白激酶(PKG)活化。PKG可以通过包括RGS2活化在内的许多机制促进血管舒张[7]。特别是cGMP依赖的蛋白激酶1-α可以直接与RGS2结合并使之磷酸化，这可以增加RGS2对Gq的GAP活性，导致血管舒张。在RGS2基因敲除小鼠中，此途径被打断。RGS2基因敲除小鼠的主动脉在体外对Gq偶联的激动剂表现为血管收缩性增强，对cGMP则表现为舒张性减弱。, 百拇医药(史潍华)