受体的信号转导（一）

      GPCR 的信号转导
      经典理论认为GPCR 是在细胞膜上通过G蛋白偶联来传导信号，而β-抑制蛋白（β-arrestin）募集和受体肉化是受体减敏和终止信号传递的机制。现已证明β-抑制蛋白还可以通过G蛋白非依赖的途径激活细胞外信号调节激酶 ( extracellular signal-regulated kinase, ERK）、P38 等信号通路，而内化囊泡上的 GPCR 也有活性，可以介导信号的转导。因而 GPCR 与配体结合后至少有三种方式传递信号转导：经典的G蛋白依赖信号通路、β-抑制蛋白依赖信号通路和胞内体 (endosome）途径。GPCR 激活后可以依次激活三条途径，也可只通过一条途径传递信号。
     1.G 蛋白依赖的信号转导   GPCR 的经典信号转导途径是由G 蛋白介导。G蛋白是一系列结构相似的蛋白质，均为异源三聚体，由α、β和γ亚基构成。基础状态下，GDP 与G蛋白的α亚基结合，使G蛋白处于失活状态。GPCR与激动剂结合后转变为激活构象并与G 蛋白结合，导致G蛋白α亚基结合的GDP 被GTP 取代，使G蛋白发生构象变化，Gα 与Gβγ解离。游离的 Gα和Gβγ分别作用于相应效应分子，生成第二信使，传递不同的信号。之后 Gα结合的
GTP 水解为 GDP， Gα和Gβγ结合，重新形成异源三聚体。
      介导GPCR 信号转导的G蛋白具有不同亚型，通常依据α亚基进行分类。常见的G蛋白为 G_s 、G_i和G_q，其α亚基分别为α_s 、α_i 和α_q。G_s 偶联的受体，如 β₁-AR 和β₂-AR，激活后引起G_s的激活， Gα_s作用于腺苷酸环化酶，产生 cAMP，造成PKA 等激酶激活。G_i偶联的受体，如α₂-AR激活后产生的 Gα_i，可抑制腺苷酸环化酶，减少细胞内的才cAMP 含量。G_q偶联的受体，如α₁-AR和M 胆碱受体（MR）激活后产生的Gα_q，可激活PLC等。PLC可以引起二磷酸磷脂酰肌醇（PIP₂）水解，产生第二信使IP₃和DAG，分别激活细胞内的钙信号和 PKC。 Gβγ也可介导信号传导，如可激活 PLCβ、PI3K 等。
      2.β-抑制蛋白依赖的信号转导   GPCR 激动后被G蛋白偶联受体激酶磷酸化，进而募集β-抑制蛋白，受体发生内化，从而引起受体减敏。β-抑制蛋白是一类衔接蛋白，广泛表达于哺乳动物的各种组织细胞中，具有两个亚型：β-抑制蛋白1和β-抑制蛋白2。研究发现β-抑制蛋白除了介导受体内化以外，还可以募集 MAPK 等激醇，介导G 蛋白非依赖的信号，调控细胞的生长和存活。β-抑制蛋白依赖的信号转导成为 GPCR重要的信号转导途径之一。此外β-抑制蛋白还可以介导 GPCR 转位激活其他受体。
      β-抑制蛋白具有介导受体内化和信号转导两种作用，而GPCR 的磷酸化模式决定了 β-抑制蛋白发挥何种作用。GRK2 和 GRK6 引起 β₂-AR发生磷酸化的位点不同。GRK2 或 GRK6磷酸化β₂-AR 后都可以引起受体的内化和减敏，而只有 GRK6 才能引起β₂-AR 的β-抑制蛋白依赖的 ERK 激活。其他受体研究也表明，GRK2和 GRK3 与受体内化有关，而 GRK5 和 GRK6与B-抑制蛋白依赖的 ERK 激活有关。
      研究证明 GPCR 具有多种激活构象。不同配体刺激可以使受体处于不同的构象状态，而具有不同的药理特性。部分配体可以使受体处于特定激活构象，并选择性传导特定信号，称之为偏向激活，这些配体为偏向性配体。GPCR与偏向性配体结合后构象发生变化，可以偏向性地与某种G 蛋白或β-抑制蛋白偶联，引起相应信号的转导。如卡维地洛是一种偏向激动剂，它可以使 β₂-AR激动，且只通过募集β-抑制蛋白传递信号。
      3. 胞内体GPCR 介导的信号转导   受体内化时，通过网格蛋白（clatbrin）依赖或非依赖的途径形成内吞囊泡，并与早期胞内体融合。早期胞内体膜内陷形成多泡体( multivesicular body,MVB)，转变为晚期胞内体。胞内体膜上的受体可能会发生降解或者重新返回细胞膜。这些胞内体膜上的受体仍然具有活性，可以继续传递配体引起的信号。胞内体 GPCR 介导的信号是继G蛋白和β-抑制蛋白依赖的信号之后，GPCR产生的第三种信号转导。
       胞内体的很多特性使其成为多种受体信号转导的平台。例如，胞内体囊腔狹小，使配体受体结合的几率增大。但是，配体是结合受体后随受体一起进入胞内体，还是配体进入胞内体后再与受体结合，尚没有充分的实验证据，推测可能两种情况都有。此外，胞内体相对稳定，激活的受体可在其中维持较长时间；胞内体可沿微管运输接近细胞核；特定局部蛋白可自组装成特定的复合物等。胞内体 GPCR 的信号和细胞膜GPCR 的信号有不同，但又不能完全区分。信号通路在胞内体转导时常常有胞内体特有蛋白的参与。而胞内体特有的信号通路，又常常能在细胞膜上找到类似的反应。胞内体 GPCR 既可以传递G蛋白依赖的信号，也可以传递G蛋白非依赖的信号。促甲状腺素受体(thyroid stimulating hormone receptor, TSHR、 β₂-AR等受体内化后可传递G 蛋白依赖的信号。也有 GPCR 与 β-抑制蛋白一起内化，在胞内体通过 β-抑制蛋白募集MAPK 传递信号。
      4. GPCR 的寡聚化    在受体激活的经典理论模型中，GPCR 是以单体形式存在，并与配体和蛋白组成三元复合物，向细胞内传导相应的信号。但是，目前已经观察到很多 GPCR 是以寡聚体的形式存在。
C类GPCR 是以二聚体的形式稳定存在并发择功能。代谢性谷氨酰胺受体(mGluR）通过二硫键共价结合形成二聚体后才具有完整活性。GABA_Bl 和 GABA_B2 是组成 GABA_B 受体异源二聚体的两个单体，以单体形式存在时并无功能，当两个单体通过C端平行卷曲螺旋的方式形成二聚体后，GABA_B 受体才具有功能，GABA_Bl 与配体结合，GABA_B2 与G蛋白偶联并传递信号。其他 GPCR也存在寡聚体形式，虽然单体形式的β₂-AR 足以激活G蛋白，但生化实验、荧光共振能量转移/生物发光共振能量转移、单分子受体追踪等技术证明β₂-AR主要以寡聚体的形式存在。这些GPCR 通常通过跨膜区域的非共价相互作用形成寡聚体。部分 GPCR 二聚体的晶体构象得到了解析，证明受体结构具有形成寡聚体的界面。例如，μ-OR 的结构显示受体可以通过两个界面相互连接，第一个界面由跨膜区 1和2以及第8螺旋区（TM1、TM2 和Hx8）组成，第二个界面包含TM5 和TM6。
      在细胞膜上 GPCR 处于单体和寡聚体的动态平衡状态。利用荧光漂白恢复 (fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）技术证明，β₁-AR 受体二聚体维持时间较短，而 β₂-AR 可形成稳定的二聚体，甚至多聚体。利用全内反射
荧光显微镜观察乙酰胆碱M1 受体，发现膜上的M1受体既存在单体形式，也存在二聚体形式，处于两种形式的动态平衡中。
      寡聚化影响 GPCR 的信号转导。如 β₂-AR可以形成高阶的寡聚体，更高阶的寡聚体不易进行信号转导，可能是避免当受体过量表达时信号过多转导的保护机制。同时过表达多种 GPCR时，GPCR 的异源寡聚体可以改变受体的药理学特性和信号转导。例如，α_2A-AR 和μ-OR 可形成受体复合物，吗啡与μ-OR  结合后，可引起α_2A-AR的构象变化。荧光共振能量转移实验发现吗啡引起的α_2A-AR 构象变化可抑制与G蛋白的偶联和信号转导。