0 引言

G蛋白耦联受体（G protein-coupled receptor, GPCR）家族是真核生物中最大的一类膜蛋白家族，至少编码800个人类基因，其中仍有超过140种GPCR的内源性配基仍未明确，这类GPCR称为孤儿GPCRs（orphan GPCRs, oGPCRs）。多种胞外信号或者特异性配体能与GPCR结合，激活G蛋白异源三聚体及下游的第二信使，在行为、视觉及肿瘤发生发展等多种生理病理过程中发挥着重要的作用。GPCR具有七个跨膜α螺旋立体结构，肽链的氨基端位于膜外，羧基端位于胞质，在第五和第六个跨膜螺旋的胞内环及肽链的羧基端，这两处结构存在G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）结合位点^[1]。根据序列相似性，GPCR主要分成四个类型：A类视紫红质样受体、B类分泌素受体、C类代谢型谷氨酸受体、D类Frizzled受体。由于GPCRs特殊的结构、信号机制的多样性和功能的多样化，目前市场上有30%~50%的药物靶向GPCRs及其耦联的下游信号分子，但基于GPCRs设计的治疗肿瘤的靶向药物相对较少。因此，更好地理解GPCRs在肿瘤发生、发展中的作用及分子机制，将有助于设计有效的用于肿瘤预防和治疗的靶向药物。本文简要综述了GPCR多样化的信号机制，多个GPCRs参与到肿瘤发生和发展中的研究进展。

1 GPCR信号机制的多样性

细胞外配体（第一信使）、GPCRs、G蛋白、第二信使及附属蛋白之间的复杂交互作用促使GPCRs信号机制的多样化。

早前的研究表明，不同的细胞外信号分子结合GPCRs，GPCRs耦联G蛋白调节不同的细胞内信号通路，发挥不同的生物学效应。研究发现，一些GPCRs，如1-磷酸鞘氨醇受体1，仅耦联一个G蛋白；然而，有的GPCRs如溶血磷脂酸受体，能耦联多个G蛋白，以触发不同的下游信号级联^[2]。G蛋白由GαGβGγ三个亚单位组成，Gα亚单位又分为四个亚家族：Gαs, Gαi/o, Gαq/11和Gα12/13，每一个Gα亚单位家族成员能传递不同的GPCR信号至下游信号分子，触发不同的信号通路。Gαs亚单位能激活腺苷酸环化酶（AC），增加环腺苷一磷酸的生成，而Gαi/o亚单位则抑制AC的活性，降低环腺苷一磷酸的生成。Gαq/11亚单位激活磷脂酶C（PLC），引起细胞内钙离子释放和多个蛋白激酶的激活，如蛋白激酶C等。Gα12/13亚单位参与Rho家族和小GTPases的活化。Gα亚单位四个亚家族能分别传递不同的细胞内信号，且GβGγ亚单位也可触发不同的下游信号级联，包括PI3K-AKT、PLCβ、AC和离子通道，从而调节不同的细胞功能。

β-arrestin蛋白在调控GPCRs信号级联中发挥重要作用。GPCRs激活后，GPCR激酶使相应的受体发生磷酸化，β-arrestin蛋白家族可介导GPCR-G蛋白解耦联，终止G蛋白信号。β-arrestin蛋白家族还能通过内化受体，招募信号蛋白，触发G蛋白非依赖性的GPCR信号级联，在促进GPCR信号级联中发挥重要作用。

研究证实，G蛋白信号调控蛋白（regulator of G protein signaling proteins, RGS）在负向调节GPCRs信号级联中发挥重要作用。RGS能加速GTP酶的活性，GTP的水解作用使G蛋白失活^[3]。除此之外，研究表明，RGS蛋白可作为一种动力支架，一方面，作为效应激动剂竞争性结合激活的Gα亚单位，阻断下游信号；另一方面，促进Gα亚单位激活与失活状态的快速周期化，调节GPCRs信号级联^[4]。

不同的配体-GPCRs受体相结合，不同G蛋白亚单位的信号耦联，G蛋白信号调控蛋白参与调控信号级联，以上多种因素导致GPCRs信号机制的多样化。

2 GPCR参与肿瘤发生、发展

大量研究揭示GPCRs、G蛋白及其下游信号分子参与肿瘤的发生和发展^[5-9]。一方面，GPCRs通过激活MAPKs，AKT/mTOR和Hippo信号通路影响细胞的异常增殖和生存；另一方面，GPCRs可通过改变细胞骨架和激活Rho GTPases，促进肿瘤侵袭和转移^[10]。除此之外，GPCRs能促进肿瘤血管生成，为肿瘤的生长和转移提供营养物质及转移路线^[10]。

2.1 GPCR促进肿瘤增殖

多项研究表明，多个有丝分裂原如多肽激素、生物活性脂类介质和神经递质，作用于GPCR及其下游的Gαq/11和Gα12/13亚单位，引起多种细胞增殖。Liang等^[11]研究揭示，通过构建GPCR48过表达质粒，转染前列腺癌细胞系Du145和PC-3中，发现GPCR48过表达促进细胞增殖和抑制细胞凋亡。同时，GPCR48过表达上调了AKT，mTOR和GSK-3β（glycogen synthase kinase 3β），这表明GPCR48介导下游PI3K信号通路，促进肿瘤细胞增殖。Dho等^[12]证实GPR171在肺癌组织中过表达，通过使用抗GPR171抗体拮抗GPR171后，抑制了肺癌细胞增殖，在小鼠移植瘤模型中则抑制了肿瘤进展。

还有研究表明GPR137在前列腺癌^[13]、肝癌^[14]、胰腺癌^[15]等多种肿瘤中具有促癌效应，促进癌细胞增殖和抑制凋亡，促进肿瘤发生、发展。有研究证实，使用慢病毒RNA干扰技术敲减成神经管细胞瘤细胞系Daoy中GPR137基因，细胞增殖和克隆形成明显受到抑制，且G₀/G₁期细胞比例增加，S期细胞比例减少，亚G₁期凋亡细胞明显增加^[16]。

GPCRs可激活多个MAPK信号级联控制细胞的生长和迁移。如一组丝/苏氨酸激酶ERK1/2、JNK1-3、p38α-δ MAPKs和ERK5，可连接细胞表面GPCRs与转录因子。多个MAPK在细胞增殖和转移中发挥重要作用，且在恶性肿瘤中常见其异常表达。PI3K-AKT-mTOR信号通路在细胞的增殖和迁移中发挥关键作用^{[1, 17]}。

Hippo信号通路中一个关键的转录共激活分子YAP，在细胞增殖状态下处于激活状态，一旦细胞融合，触发生长抑制性Hippo激酶级联的激活，引起两个激酶LATS1/LATS2的活化及磷酸化，并抑制YAP^[18]。耦联至Gα12/13的GPCR抑制LATS的活性，减轻LATS依赖性的抑制YAP；然而，耦联至Gαs的GPCR，可促进LATS活化而抑制YAP^[18]。GPCRs激活，YAP活化可能代表一个关键的促癌通路。GPCRs通常依赖于MAPK级联的持续激活、PI3K/AKT/mTOR、Ras和Rho GTPases，进而调节核转录因子和共激活分子如JUN、FOS、YAP的活性^[19]，最终促进细胞异常增殖。

2.2 GPCR促进肿瘤侵袭、迁移和转移

新近的研究显示，孤儿GPCR GPR78在肺癌细胞中过表达，体外实验敲减GPR78后明显抑制了癌细胞的侵袭和迁移，体内试验也证实敲减GPR78抑制了肺癌细胞的体内转移，这些发现表明GPR78是一个新的肺癌转移的调控者，为治疗转移性肺癌提供新的药物靶点^[20]。研究发现，GPR116通过Gαq-p63RhoGEF-Rho GTPase信号路径在调控乳腺癌转移中发挥重要作用^[21]。研究人员在高转移性乳腺癌细胞系MDA-MB-231中敲减GPR116，抑制了细胞侵袭和迁移。相反，在低转移性乳癌细胞系MCF-7和Hs578T中过表达GPR116，促进了细胞侵袭。在两个乳腺肿瘤转移老鼠模型中敲减GPR116，则抑制了乳腺癌细胞转移。

GPR34是G蛋白偶联受体超家族的一个成员，在多个实体瘤中高表达，如转移性黑色素瘤、MALT淋巴瘤、胃癌、结肠癌，且促进这些恶性肿瘤的增殖、侵袭和转移^[22]。研究表明，GPR34在淋巴瘤和Hela细胞中高表达引起ERK、PKC和CREB的磷酸化，进一步诱导CRE、AP1和NF-κB介导的基因转录，促进细胞增殖^[22]。

GPR30与ERα均为雌激素的受体。研究发现，ERα在子宫内膜癌中表达下调，其下调表达激活PI3K信号通路和EMT信号分子，引起Stathmin蛋白表达上调，PTEN表达下调，Snail表达上调，E-cadherin下调，促进了上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）的发生，促进肿瘤的侵袭和转移^[23]。TGF-β结合TGF-β受体，激活非经典non-smad信号通路，激活Akt、NF-κB、ERK1/2、p38、JNK等，引起核内因子ZEB1、Snail、TWIST活化，促进了EMT的发生。此外，ERα下调表达，引起TGF-β信号分子SERPINE-1表达上调，激活了TGF-β信号通路，TGF-β可能参与到ERα下调介导的EMT的发生^[23]。

CXCL12/SDF-1-CXCR4轴参与肿瘤生长微环境的调节，促进肿瘤发生发展^[24]。CXCR4是驱使肿瘤转移最具代表性的趋化因子受体，肿瘤细胞异常表达CXCR4，促进肿瘤细胞增殖和迁移。而肿瘤最常出现转移的位点包括淋巴结、肺、肝脏和骨髓，这些部位通常高表达趋化因子配体CXCL12/SDF-1。研究提示，CXCR4在正常乳腺组织低表达，而在乳腺癌组织和细胞中高表达，CXCR4能通过Gα12/13-RhoA依赖性方式驱使癌细胞转移，抑制CXCR4可防止乳腺癌细胞和多种肿瘤细胞的转移扩散^[25]。其他趋化因子受体，如CCR7和CCR10，已证实在多种癌细胞的转移归巢中发挥直接作用，且促进癌细胞增殖^[26]。

2.3 GPCR参与肿瘤血管形成

GPCRs和相应的配体结合，能直接促进内皮细胞增殖，还可间接促进多种如基质、免疫和肿瘤细胞释放VEGF和其他促血管生成因子，从而促进肿瘤血管形成。

血管内皮细胞表达GPCRs，许多促血管生成因子作用于GPCRs，如前列腺素和趋化因子。肿瘤微环境中释放的炎症因子促进前列腺素2的局部表达，进一步促进肿瘤细胞和基质细胞表达促血管生成因子VEGF、CXCL8和CXCL5。许多趋化因子CCL2、CCL5和CXCL8/IL-8，招募白细胞和巨噬细胞至肿瘤位点，进而释放VEGF和其他促血管生成因子，有助于肿瘤新生血管的形成^[27]。

CD97，黏附GPCR家族成员之一的一种膜蛋白，在炎性反应细胞和一些肿瘤细胞表面高表达。CD97通过结合到细胞表面整联蛋白，刺激内皮细胞的运动性和侵袭能力，从而促进血管形成。研究表明，CD97在胰腺正常组织中低表达或不表达，但在胰腺癌组织中高表达，特别是在胰腺癌转移及血管侵袭的样本中高表达，其可以促进肿瘤细胞侵袭和肿瘤血管生成^[28]。

研究已证实，GPR4在上皮性卵巢癌血管内皮中高表达，且伴有更高微血管密度，而在良性卵巢肿瘤组织中低表达；进一步分析发现GPR4表达与微血管密度、淋巴结转移、临床分期密切相关，而与病理分型、分化程度、年龄、肿瘤大小无关，可参与上皮癌的增殖、转移和血管形成，这表明GPR4促进上皮性卵巢癌的血管形成，进而促进肿瘤转移^[29]。

3 GPCR抑制肿瘤发展

大多数GPCRs、G蛋白及其介导的下游信号路径发挥促癌效应，然而，也有一些GPCRs在某些恶性肿瘤中发挥肿瘤抑制效应。

Liu等^[30]研究发现GPR37在肝癌患者癌组织中低表达，癌旁正常组织中高表达，且GPR37表达越低，预后越差。使用特异性siRNA下调HuH7细胞中GPR37，明显减少了肝癌细胞的凋亡，且激活了PI3K信号通路。Ren等^[31]发现卵巢癌细胞系HEY中OGR1基因内源性低表达，通过构建OGR1稳定转染高表达细胞系，明显抑制了卵巢癌细胞增殖和迁移能力，但促进了细胞黏附到细胞外基质。他们同时证实了OGR1可抑制前列腺癌的转移。

GPR56，黏附受体家族成员之一，研究发现GPR56在三种不同的Gpr56−/−转基因动物肿瘤模型中发挥不同的功能，在前列腺癌模型（TRAMP）中可抑制肿瘤的进展，但在乳腺癌模型（MMTV-PyMT）中，GPR56发挥边缘效应；而在黑色素瘤模型（Ink4a/Arf−/−Tyr-HRAS）中则无法抑制肿瘤的进展^[32]。值得注意的是，GPR56在人黑色素瘤细胞系构建的移植瘤模型中可抑制肿瘤生长和转移，发挥抑癌基因的作用^[32]。有研究证实GPR56 mRNA在不同的胰腺癌细胞系PANC-1、Capan-1、MiaCaPa-2中高表达，但GPR56蛋白在这些癌细胞系中低表达或未检测到，表明人胰腺癌细胞抑制GPR56蛋白的表达，进而抑制其发挥抑癌功能^[33]。

研究表明，转移抑制性蛋白Kisspeptin，其受体为GPR54，Kisspeptin/GPR54可以通过Gαq/11亚单位激活磷脂酶C，生成DAG和IP3，DAG进一步通过蛋白激酶C依赖性方式促进胞内磷酸化蛋白激酶D1（protein kinase D1, PKD1）的表达，从而抑制多种乳腺癌细胞系的增殖和迁移^[8]。相反，阻断GPR54或者PKD1，或阻断了Kisspeptin诱导的PKD1磷酸化，则促进乳腺癌细胞的侵袭和迁移。此外，GPR54下调导致Slug表达增高，E-cadherin表达降低，促进了EMT的发生。因此，Kisspeptin/GPR54信号可通过PKD1维持上皮表型，抑制癌细胞侵袭和迁移^[8]。有研究报道，S1P2受体缺陷的小鼠易形成弥漫性大B细胞淋巴瘤，在次级淋巴小结中，生发中心B细胞表达S1P2受体，S1P2受体耦联Gα12/13亚单位，进而激活下游信号分子p115RhoGEF，从而拮抗Akt信号通路和维持B细胞生存，最终发挥肿瘤抑制功能。而S1P2低表达引起细胞过度增殖，反过来促进弥漫性大B细胞淋巴瘤的进展^[34]。

4 展望

总之，由于GPCRs信号机制的多样性和功能的多样化，GPCRs在肿瘤的发生、发展中发挥着重要作用。随着GPCRs受体种类、孤儿受体配体的鉴定和对受体功能研究的深入，人们对其在肿瘤中的功能定位逐渐清晰。然而仍有许多问题有待于解决：（1）GPCRs受体的功能结构域认识不全，可能存在尚未认知的新受体；（2）多种孤儿受体配体未知及配体调控机制不清；（3）多种受体在肿瘤中的信号通路及功能定位未完全理解。这需要我们今后进一步研究不同肿瘤微环境中GPCRs的功能。鉴定GPCRs/G蛋白下游信号通路中关键信号分子，将有助于我们进一步认识GPCRs的生物学功能和制定更有效的肿瘤靶向治疗策略。