杨峰，唐丽琴，魏伟（.安徽医科大学临床药理研究所/安徽省高校省级抗炎免疫药理学重点实验室/安徽省中药研究与开发重点实验室，合肥市 230032；2.安徽医科大学附属省立医院药剂科，合肥市 23000）

糖尿病（Diabetes mellitus，DM）是一组由多种原因引起的糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱，以血糖升高和糖尿为特点，进而导致大血管和微血管病变的综合征。糖尿病肾病（Diabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常见且严重的并发症，以肾小球肥大、肾小球和肾小管基底膜增厚、系膜区细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）堆积为特征，最终导致慢性肾功能不全，直接影响DM患者的生活质量及威胁其生命。近年来越来越多的证据[1]表明，G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GP-CR）在DN的发生和发展中起着重要作用。因此与DN相关的GPCR及相关治疗药物的研究对DN的诊治具有重要的意义，本文就此作一简要综述如下。

1 GPCR的概述

1.1 G蛋白的分子结构及分类

G蛋白（G protein），即三磷酸鸟苷（GTP）结合蛋白（GTP binding protein）。在研究信号传递时，G蛋白特指与细胞表面受体偶联的异源三聚体G蛋白（Heterotrimeric GTP binding protein），由α、β和γ亚单位组成。G蛋白介导的信号转导系统的功能多样性，是基于众多不同结构的G蛋白亚型来实现的。G蛋白的种类很多，根据基因序列的同源性可分为4类，即Gs家族、Gi/Go家族、Gq/G11家族和G12/G13家族。Gs蛋白是细胞表面受体与腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase，AC）之间的偶联蛋白，可通过激活AC使胞内的环磷酸腺苷（Cyclic adenosine monophosphate，cAMP）含量增加；与细胞表面受体相偶联的Gi/Go蛋白则具有抑制AC的作用，产生与Gs蛋白相反的生物学效应；Gq/G11蛋白的效应器为磷脂酶C（Phospholipase C，PLC），在磷脂酰肌醇代谢途径信号传递过程中发挥重要作用；G12/G13蛋白功能尚不完全清楚，常常联合其他类型的G蛋白共同产生作用[1]。

1.2 GPCR的结构特点

GPCR是一种与三聚体G蛋白相偶联的细胞表面受体，由1条多肽链构成，多次穿越细胞膜形成7个疏水跨膜区段（Transmembrane domain，TM），各区段之间由数目不等的氨基酸残基组成的3个胞外和3个胞内环状结构；多肽链的N-端位于细胞膜外，C-端位于细胞膜内[2]。

GPCR是迄今发现的最大的受体超家族，其成员有1 000多个，其中大部分为感觉感受器受体，如味觉或嗅觉感受器受体；一部分为非感觉感受器受体，识别并结合周围环境中的激素、神经递质、核苷酸等配基；还有一部分GPCR目前仍未发现其内源性配基，被称之为孤儿GPCR[3]。

1.3 GPCR主要的信号转导机制

GPCR的信号转导途径由细胞膜受体、G蛋白、第二信使和效应器4部分组成。G蛋白与受体的偶联，在信号转导过程中常发挥着分子开关的作用与信号放大作用，将胞外信号传递到细胞内并引起细胞内一系列的反应。在静息状态下，G蛋白以异源三聚体形式存在，即α、β、γ亚基与二磷酸鸟苷（Guanosine diphosphate，GDP）相结合；当外部信号分子与受体结合后，随之诱导G蛋白的α亚基构象发生变化，GTP替换异源三聚体的α亚基上的GDP，并与βγ亚基分离，Gα和Gβγ分别作用于信号通路下游的效应器，如离子通道、酶等，产生细胞内信号，并进行一系列的转导过程，从而引起细胞的各种反应[1]。

1.3.1 AC系统。该系统主要介导cAMP-蛋白激酶A（cAMPPKA）途径。配体（如肾上腺素等）与靶细胞质膜上的特异性受体结合，形成复合物而激活受体。活化的受体可催化G蛋白形成Gαs·GTP，进而激活AC，使细胞内cAMP的浓度升高。cAMP作为重要的第二信使，能进一步激活PKA，PKA把代谢途径中的许多蛋白质的特定丝氨酸和（或）苏氨酸残基磷酸化，将信号进一步传递，从而调节细胞的物质代谢和基因表达，以达到信号转导的目的[4]。AC由Gs蛋白激活而被Gi蛋白抑制。

1.3.2 PLC系统。配体与靶细胞膜上特异性受体结合后，激活PLC，催化细胞膜内侧组分——二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解产生2个重要的第二信使分子：1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）与二酰基甘油（DAG）。IP3与内质网上特异的受体IP3R结合，使细胞内部的钙离子（Ca2+）迅速释放，引起胞内Ca2+浓度升高，从而启动胞内Ca2+信号系统；DAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca2+离子的配合下激活蛋白激酶C（PKC），PKC被激活后可引起一系列靶蛋白的丝氨酸和（或）苏氨酸残基发生磷酸化反应，达到进一步转导信息的目的[5]。DAG和Ca2+共同激活PKC，以磷酸化的形式对许多蛋白质和酶类进行修饰，从而调节细胞内一系列的生理过程。

2 与DN相关的GPCR

2.1 5-羟色胺2A受体（5-HT2AR）

目前人类5-HT受体（5-HTR）至少存在7种类型，即5-HT1R～5-HT7R，除了5-HT3R属于配体门控离子通道外，其余均属于GPCR超家族[6]。肾小球系膜细胞（Mesangial cell，MC）的细胞膜上仅表达5-HT的2A亚型受体，而不表达其他亚型受体[7]，这就提示5-HT影响DN的进展的可能机制为：作用于5-HT2AR，刺激MC合成分泌基质、细胞增殖，从而损伤肾小球基底膜。

5-HT2AR所偶联的G蛋白类型为Gq/G11，主要激活下游的IP3/PKC通路，同时可以抑制cAMP的生成，其选择性阻滞药有酮色林和MDL 100907[6]。Kasho等[8]通过体外培养人类系膜细胞证实，5-HT可增加Ⅳ型胶原的合成，其机制为5-HT与MC细胞膜上的5-HT2AR结合后，激活PKC通路，进而过度表达转化生长因子-β（TGF-β），促进Ⅳ型胶原的合成。

研究[9]证实5-HT2AR阻滞药盐酸沙格雷酯可以调节链脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）诱导的DN大鼠肾小球内活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和一氧化氮（NO）之间的平衡，减少尿蛋白的排泄。以上均提示5-HT和5-HT2AR在DM的发展过程中起着重要的作用，5-HT2AR阻滞药的使用，将会成为治疗DN的一个靶点。

2.2 前列腺素E2（PGE2）受体（EP）

PGE2通过与EP相互作用，介导PGE2的生理功能。EP受体有4种亚型，分别为EP1～EP4，均属于GPCR家族。其中EP1受体与Gq/G11偶联，调控Ca2+通道；EP2和EP4受体与 Gs偶联，提高细胞内cAMP水平；EP3受体与Gi偶联，抑制AC活性[10]。

高血糖会使糖酵解副产物——丙酮醛增加，通过体外培养大鼠系膜细胞，证实丙酮醛可使PGE2合成分泌增加[11]，提示PGE2可能在DN的发展中起着重要的作用。研究[12]通过酶联免疫分析法，发现在STZ诱导的DM小鼠和B6-Ins2Akita自发性1型DM模型小鼠上，PGE2及其代谢产物的分泌量为正常组的2～4倍，同时，肾脏上EP受体4个亚型的表达较正常组高出数倍不等。以上均提示PGE2及其受体在DN的发展中起着重要的作用。

使用EP阻滞药，可能对DN具有保护作用。实验[13]已经证实，EP阻滞药ONO-8713，能选择性阻断EP1受体，可以改善STZ诱导的DN大鼠肾脏和肾小球肥大，减轻系膜增生，抑制TGF-β活性。鉴别出各个EP亚型在DN中的变化及所起的作用，选择性地阻断相关EP亚型，拮抗PGE2的功能，可能成为治疗DN的又一个靶点。

2.3 血管紧张素Ⅱ受体（ATR）

ATR有4个基本亚型：1型受体（AT1R）、2型受体（AT2R）、3型受体（AT3R）和4型受体（AT4R），其中AT1R和AT2R为2个主要的亚型，同属于GPCR家族，对血管紧张素Ⅱ（Angiotensin，AngⅡ）有相似的亲和力。其中AT1R广泛分布于肾脏各处，包括血管平滑肌细胞、MC、肾小球旁细胞等；而AT2R则在胎儿肾脏中大量表达，在成年人肾脏中仅在入球小动脉、肾小球内皮细胞、MC等少数部位少量表达[14]。

AT1R细胞信号转导系统可分为2种途径：G蛋白依赖和非G蛋白依赖。AT1R活化后，可以通过激活所偶联的Gq/G11蛋白，激活通路下游的PKA或PKC，调控相关有害基因的表达；或者通过β-arrestins蛋白介导受体内吞，激活细胞外信号调节激酶（Extracellular Signal-Regulated Kinase，ERK1/2），可以调节心血管功能[15]。AT2R信号转导机制尚不完全清楚，AT2R可以增加磷酸酪氨酸磷酸酶活性，并且抑制ERK1/2，其生理功能为平衡AT1R的作用，影响细胞的增殖分化等[16]。

肾素-血管紧张素系统（Renin-angiotensin system，RAS）的异常在DN的发病中起着重要的作用，通过调节肾脏血流动力学及其他机制参与肾脏多种疾病的病理生理过程[17]。而作用于ATR的AngⅡ是RAS的生物活性中心，说明AngⅡ及其ATR是DN进展性损害的一个重要因素。高水平的AngⅡ所介导的DN可能的机制为[14]：（1）增加肾小球毛细血管压和通透性；（2）与 MC上的AT1R结合，上调 TGF-β的信使RNA（TGF-β mRNA）的水平，促进TGF-β的合成，导致ECM增加，肾小球硬化；（3）抑制肾脏内NO合成酶；（4）醛固酮在DN的发展中起到重要的作用，可使尿蛋白排泄增加。

现代医学已证明[18，19]，血管紧张素转化酶抑制剂（Angiotensin converting enzyme inhibitor，ACEI）如依那普利等，和血管紧张素受体阻滞药（Angiotensin receptor blocker，ARB）如替米沙坦、氯沙坦等，均可以有效地保护DN患者的肾脏功能。

2.4 生长抑素受体（SSTR）

在DM中，生长激素（Growth hormone，GH）/胰岛素样生长因子（Insulin-like growth factor，IGF）/生长抑素（Somatostatin，SST）轴起着重要的作用，此轴紊乱将促进DM并发症的发生，尤其是DN的发展[20]。

SST是一种调控大脑神经传递和激素分泌的神经肽，主要由下丘脑、胰腺、胃肠道内分泌细胞分泌，其主要作用是抑制腺垂体生长素的分泌。SST有2种生理活性形式，即SST-14和SST-28，其SSTR目前有6个亚型被克隆出来：SSTR1、SSTR2A、SSTR2B、SSTR3、SSTR4、SSTR5[21]。在正常人的肾脏组织和细胞中，SSTR1、SSTR2B、SSTR3、SSTR4、SSTR5均有表达，而在免疫球蛋白A（IgA）沉积为主的原发性肾小球疾病中，这些受体表达水平均有所增强[22]，提示SST对肾脏功能具有调节作用。

目前发现的SSTR均属于GPCR家族，有着共同的信号转导通路，即抑制AC、激活磷酸酪氨酸磷酸酶、调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等。不同亚型的SSTR还存在不同的信号转导通路，如在大鼠胰岛素瘤细胞上，SSTR2～5可以激活细胞膜上的内向整流钾离子（K+）通道，而SSTR1和SSTR2能抑制电压门控Ca2+通道，SSTR1还可以刺激钠离子/氢离子（Na+/H+）交换体；在中国仓鼠卵巢细胞（CHO）中，SSTR4能通过激活磷脂酶A2（PLA2）增加花生四烯酸盐的产生，SSTR5能抑制IP3介导的Ca2+动员，SSTR4却没有此效应；在垂体细胞上，SSTR2A和SSTR5可以通过刺激PLC增加IP3的合成[23]。SSTR与不同的受体亚型结合后，通过不同的信号转导途径，起到调节细胞增殖分化、细胞与细胞间相互作用、细胞黏附和迁移等作用[23]。

SST的类似物，已被证实对DN具有保护作用，研究[24]通过DN相关指标的检测，发现SST类似物奥曲肽及PTR-3173对肾功能的保护作用等同于ACEI。SST类似物的应用，尤其是与其他药物联合使用，将会成为治疗DN的新方向。

3 结语

GPCR是最大的细胞膜受体家族，其能够结合众多配体，调节大多数生理过程，也包括疾病过程。GPCR已成为疾病治疗首选目标[25]。

DN的发病机制复杂，至今尚未完全清楚，也未开发出治愈性的药物。因此，作用于GPCR的药物，正成为研发治疗DN药物的新方向。但是由于GPCR种类众多，故作用于GPCR药物的选择性也成为研究中需要解决的问题之一。

[1] Wettschureck N，Offermanns S.Mammalian G proteins and their cell type specific functions[J].Physiol Rev，2005，85（4）：1 159.

[2] Kobilka BK.G protein coupled receptor structure and activation[J].Biochim Biophys Acta，2007，1 768（4）：794.

[3] Vassilatis DK，Hohmann JG，Zeng H，et al.The G protein-coupled receptor repertoires of human and mouse[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（8）：4 903.

[4] Lefkowitz RJ，Pierce KL，Luttrell LM.Dancing with different partners：protein kinase a phosphorylation of seven membrane-spanning receptorsregulatestheirG protein-coupling specificity[J].Mol Pharmacol，2002，62（5）：971.

[5] Mizuno N，Itoh H.Functions and regulatory mechanisms of Gq signaling pathways[J].Neurosignals，2009，17（1）：42.

[6] Hoyer D，Hannon JP，Martin GR.Molecular，pharmacological and functional diversity of 5-HT receptors[J].Pharmacol Biochem Behav，2002，71（4）：533.

[7] Nebigil CG，Garnovskaya MN，Spurney RF，et al.Identification of a rat glomerular mesangial cell mitogenic 5-HT2Areceptor[J].Am J Physiol，1995，268（1 Pt 2）：F122.

[8] Kasho M，Sakai M，Sasahara T，et al.Serotonin enhances the production of typeⅣcollagen by human mesangial cells[J].Kidney Int，1998，54（4）：1 083.

[9] Kobayashi S，Satoh M，Namikoshi T，et al.Blockade of serotonin 2A receptor improves glomerular endothelial function in rats with streptozotocin-induced diabetic nephropathy[J].Clin Exp Nephrol，2008，12（2）：119.

[10] Sugimoto Y，Narumiya S.Prostaglandin E receptors[J].J Biol Chem，2007，282（16）：11 613.

[11] Uriuhara A，Miyata S，Liu BF，et al.Methylglyoxal induces prostaglandin E2production in rat mesangial cells[J].Kobe J Med Sci，2008，53（6）：305.

[12] Nasrallah R，Xiong H，Hébert RL.Renal prostaglandin E2receptor（EP）expression profile is altered in streptozotocin and B6-Ins2AkitatypeⅠdiabetic mice[J].Am J Physiol Renal Physiol，2007，292（1）：F278.

[13] Makino H，Tanaka I，Mukoyama M，et al.Prevention of diabetic nephropathy in rats by prostaglandin E receptor EP1-selective antagonist[J].J Am Soc Nephrol，2002，13（7）：1 757.

[14] Carey RM，Siragy HM.The intrarenal renin-angiotensin system and diabetic nephropathy[J].Trends Endocrinol Metab，2003，14（6）：274.

[15] Aplin M，Bonde MM，Hansen JL.Molecular determinants of angiotensinⅡtype 1 receptor functional selectivity[J].J Mol Cell Cardiol，2009，46（1）：15.

[16] Siragy HM.The angiotensinⅡtype 2 receptor and the kidney[J].J Renin Angiotensin Aldosterone Syst，2010，11（1）：33.

[17] Siragy HM，Carey RM.Role of the intrarenal renin-angiotensin-aldosterone system in chronic kidney disease[J].Am J Nephrol，2010，31（6）：541.

[18] Barnett AH，Bain SC，Bouter P，et al.Angiotensin-receptor blockade versus converting-enzyme inhibition in type 2 diabetes and nephropathy[J].N Engl J Med，2004 ，351（19）：1 952.

[19] Nakamura T，Fujiwara N，Sato E，et al.Renoprotective effects of various angiotensinⅡreceptor blockers in patients with early-stage diabetic nephropathy[J].Kidney Blood Press Res，2010，33（3）：213.

[20] Rosenbloom AL.The GH-IGF-I axis and diabetes complications[J].Pediatr Diabetes，2001，2（2）：66.

[21] Tulipano G，Schulz S.Novel insights in somatostatin receptor physiology[J].Eur J Endocrinol，2007，157（4）：543.

[22] Bhandari S，Watson N，Long E，et al.Expression of somatostatin and somatostatin receptor subtypes 1-5 in human normal and diseased kidney[J].J Histochem Cytochem，2008，56（8）：733.

[23] Patel YC.Somatostatin and its receptor family[J].Front Neuroendocrinol，1999，20（3）：157.

[24] Segev Y，Eshet R，Rivkis I，et al.Comparison between somatostatin analogues and ACE inhibitor in the NOD mouse model of diabetic kidney disease[J].Nephrol Dial Transplant，2004，19（12）：3 021.

[25] Heitzler D，Crépieux P，Poupon A，et al.Towards a systems biology approach of G protein-coupled receptor signalling：challenges and expectations[J].C R Biol，2009，332（11）：947.