β1-\β2-肾上腺素受体的研究进展

　　作为交感神经递质的去甲肾上腺素（Norepinephrine，NE）、内分泌激素的肾上腺素（Epinephrine，E）以及进入体内的儿茶酚胺类药物，参与体内多数器官功能的调节。而这些调节都要通过靶器官上的肾上腺素受体（Adrenergic Receptor，AR）来实现。肾上腺素受体广泛参与外周血液循环、肌肉收缩、代谢调控以及中枢神经系统活动。并且, 在所有与G蛋白藕联的膜表面受体中,肾上腺素受体是目前了解相对最清楚的一种, 因而肾上腺素受体又可作为研究整个G蛋白偶联受体家族的一个理想模型。因此,研究肾上腺素受体具有非常重要的意义。肾上腺素受体可以分成α1，α2与β三大类。其中β-肾上腺素受体(β-adrenergic receptor,β-AR)中的β1-AR和β2-AR两种亚型对机体具有重要的调节作用。本文综述近年来β1-AR和β2-AR研究的进展,主要包括β1-AR和β2-AR的分子生物学特征、信号转导通路、重要脏器中β1-AR和β2-AR的分布状况及生理调节效应。 　　1 分子生物学特征 　　1986与1987年,Lfkowitz的实验室先后得到了β1-AR和β2-AR的cDNA克隆：β1-AR基因位于10q24-q26,全长DNA中无内含子,其开放读码框架(149lbp)编码β1-AR的477个氨基酸；β2-AR的基因位于5q32-q34,无内含子,开放读码框架(1239bp)编码β2-AR的413个氨基酸。β1-AR和β2-AR具有54%的同源性,即使在跨膜区也只有71%的同源[1,2]。 　　2 信号转导通路 　　2.1 β-肾上腺素受体经典信号通路[3]β1-AR的信号转导途径:β1-Gs-AC-cAMP-PKA,进而使L-型钙通道等功能蛋白磷酸化, 增加收缩期心肌细胞的Ca++内流和肌浆网的Ca++释放,使心肌收缩力增强；而在舒张期PKA磷酸化phospholamban、torponin等,phospholanbran增加肌浆网Ca++-ATP酶的活性,提高舒张期肌浆网对Ca++的摄取,torponin I降低torponin C对Ca++的亲和力,进一步促进心肌的舒张[4]；另外,β1-AR还有一条PKA非依赖性的信号转导途径,同样开始于β1-AR与Gs的结合,进而由钙离子介导激活CaMKⅡ,引起心肌细胞凋亡(见图1)。 　　β2-AR的信号转导途径:β2-AR与Gs结合,经AC-cAMP-PKA途径引起功能蛋白磷酸化(同β1-AR)。同时, β2-AR可与Gi结合,然后通过Giβγ-PI3K-PKB途径介导心力衰竭期间的心肌保护和抗凋亡作用(见图1)。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　图1经典的β1-AR与β2-AR信号转导过程 　　（引自：Rui-Ping Xiao, et al. TRENDS in Pharmacological Sciences, 2004, 25: 259) 　　2.2 β-arrestin介导的β-AR信号通路除了β-AR的G蛋白依赖信号途径之外, 还存在着一种β-arrestin介导的β-AR信号途径。β-AR通过β-arrestin转位激活表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)进而激活ERK信号通路[5]。β-AR经配体激活后即被GRK5/6磷酸化, 并作用于β-arrestin。β-arrestin通过Src激活基质金属蛋白酶(matrix metal proteinase, MMP), MMP促进肝素结合表皮生长因子(heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor, HB-EGF)从细胞膜转移到细胞外。游离HB-EGF可以结合EGFR, 形成二聚体和催化自身磷酸化, 由此激活下游ERK信号通路。（见图2） 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　图2β-arrestin介导的β-AR信号通路 　　（引自杨承志，李子健. β-arrestin与β-肾上腺素受体. 中国细胞生物学学报, 2012, 34(11): 1080.） 　　3 分布与功能 　　3.1 心脏的分布与功能β1-AR与β2-AR共存于心脏，并且广泛分布于心室和心房肌细胞。β1-AR是调节心脏功能的主要受体。心脏β1-AR在儿茶酚胺引起的正性变时和正性变力效应中起主要作用[6]。 　　在心脏中, 依赖β-arrestin的EGFR转位激活可以抑制β-AR持续激动引起的心肌细胞凋亡和病理性心脏重塑[7]。并且,β-arrestin介导β-AR内化后, 可以引起蛋白激酶B(PKB/Akt)的活化, 活化的Akt参与心肌细胞肥大过程[8]。 　　β1-AR兴奋心肌发生凋亡,而β2-AR兴奋却能够保护心肌细胞防止凋亡[9]。有研究发现,长期β1-AR兴奋能够使培养新生或成年大鼠心肌细胞出现肥厚特征,在β2-AR阻断前提下,异丙肾上腺素刺激成年大鼠的心室肌细胞也能出现肥厚性生长,进一步提示β2-AR兴奋可以抑制β1-AR介导的心肌细胞肥厚[10]。 　　3.2 肺脏内分布及功能大鼠肺脏组织中β1-AR、β2-AR、β3-AR三种亚型均有表达[11]，但β2-AR是调节肺脏生理功能的主要受体亚型。β1-AR、β2-AR不仅分布于肺脏呼吸道上皮细胞、平滑肌细胞上，而且在肺血管平滑肌上也有表达，β1-AR、β2-AR的表达随着支气管管径逐渐变细而表达数量逐渐增多，β2-AR所占的比例也逐渐增大[12]，在肺泡上皮细胞达到最高水平。全身90%以上的β2-AR都表达在肺泡[13]。 　　生理情况下，肺循环系统的β2-AR作用占优势，有利于肺血管舒张和抑制平滑肌增生[14]。激动肺脏β2-AR会导致支气管平滑肌舒张、肺泡液体清除率增加、肺组织钠离子通道的开放等[15]。β2-AR激动剂对肺泡上皮细胞Na+转运的调节，属于儿茶酚胺依赖性机制。β2-激动剂通过激活β2-AR，提高细胞内cAMP的含量促进肺泡II型细胞对Na+的主动吸收，促进新生动物肺和离体人肺的肺泡内液体的清除。 　　3.3 肾脏分布及功能有学者研究确定肾脏球旁器颗粒细胞上存在β1-、β2-肾上腺素能受体基因表达[16]。 　　肾交感神经对肾素分泌的影响主要是通过末梢直接释放去甲肾上腺素,后者与肾脏近血管球复合体(包括入球小动脉壁颗粒细胞、远端曲管起始部致密斑等) β1-AR结合，进一步上调cAMP信息,从而引起肾脏近血管球复合体合成和分泌肾素[17]。进一步激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，导致循环血容量增加，血压升高。更进一步证实了β1-AR和β2-AR在肾脏调节血容量中的重要作用。 　　另有研究表明，在肾小管上皮细胞表面也存在β1-AR [18]。 　　3.4 肝脏的分布及功能有学者使用蛋白质印迹法（western blotting）和反转录-聚合酶链反应（reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR）两种方法研究显示，肝脏星状细胞（HSC）上存在β1-AR表达[19]。但也有学者通过RT- PCR方法证实HSC表达β1-AR、β2-AR[20]。肝组织和HSC表达肾上腺素能神经受体的情况尚不清楚，需要进一步研究来确定。 　　 而HSC上表达的β1-AR被儿茶酚胺类物质激活后参与肝脏纤维化过程[21]，且在肝脏纤维化过程中表达增加。交感神经系统可以通过对HSC生物学行为的调节参与肝纤维化的进展，这种调节功能功能是通过神经递质与HSC上不同肾上腺素受体亚型结合，激活受体后信号转导通路实现的。去甲肾上腺素对体外活化的HSC具有促增值和抑凋亡作用，主要通过α- AR和β2- AR起作用[20]。 　　综上所述，β1-AR和β2-AR广泛分布于体内，特别是在心脏、肝脏、肾脏、肺脏等一些重要脏器。它们通过不同途径被激活后对机体具有重要的生理调节作用。近年来对β1-AR和β2-AR的研究有了很大进展，对人类诸多疾病的预防和治疗提供了丰富的理论基础。但关于β1-AR和β2-AR还有很多未知的和亟待解决的问题，相信随着β-肾上腺素受体研究的进展，会提供人们更完善的疾病防治的思路和方法。 　　参考文献： 　　[1] Raymond JR, Hnatowich M, Lefkowitz, et al. Adrenergic receptors: Models for regulation of signal transduction processes[J].Hypertension, 1990, 15: 119-131. 　　[2] Brodde O E, Michel M C. Adrenergic and muscarinic in human heart[J].Pharmacol Rev, 1999,51: 651-689. 　　[3] Wencker D, Chandra M, Nguyen K, et al . A mechanistic role for cardiac Myocyte apoptosis in heart failure[J]. J Clin Invest, 2003, 111: 1497-1504. 　　[4] Kaumann A J, Bartel S, Molenaar P, et al. Action of β2-adrenergic receptors hastens relaxation and mediates phosphorylation of phospholamban, troponin I and C-protein in ventricular myocardium from patients with terminal heart failure. Circulation, 1999, 99: 65-72. 　　[5] Noma T, Lemaire A, Naga PS, et al. Beta-arrestin-mediated beta1-adrenergic receptor transactivation of the EGFR confers cardioprotection[J]. J Clin Invest, 2007, 117(9): 2445-2458. 　　[6] Woo AY, Xiao RP. Beta-Adrenergic receptor subtype singnaling in heart: from bench to bedside[J]. Acta Pharmacol Sin, 2012, 33(3): 335-341. 　　[7] Tilley DG, Kim IM, Patel PA, Violin JD, Rockman HA. Beta-arrestin mediates beta1-adrenergic receptor-epidermal growth factor receptor interaction and downstreamsignaling[J].J Biol Chem, 2009, 284(30): 20375-20386. 　　[8] Morisco C, Marrone C, Galeotti J, Shao D, Vatner DE, Vatner SF, et al. Endocytosis machinery is required for beta1-adrenergic receptor-induced hypertrophy in neonatal rat cardiac myocytes[J].Cardiovasc Res, 2008, 78(1): 36-44. 　　[9] Ammar KA, Jacobsen SN, Mahoney DW, et al. Prevalence and prognostic significance of heart failure stages: Application of the American College of Cardiology/American Heart Association Heart Failure Staging Criteria in the Community[J]. Circulation, 2007, 115: 1563-1577. 　　[10] Takimoto DB, Carlo G. Compartmentalization of cardiac β- adrenergic inotropy modulation by phosphodiesterase Type 5[J]. Circulation, 2007, 115: 2159-2175. 　　[11] Mak J C, Nishikawa M, Haddad E B, et al. Localisation and expression of β- adrenoceptor subtype mRNAs in human lung[J]. Eur J Pharmacol, 1996, 302(1-3): 215-221. 　　[12] Abraham G, Kottke C, Dhein S, et al. Pharmacological and biochemical characterization of the beta-adrenergic signal transduction pathway in different segments of the respiratory tract[J]. Biochem Pharmacol, 2003, 66(6): 1067-1081. 　　[13] Mutlu GM, Factor P. Alveolar epithelial beta2-adrenergic receptors. Am J Respir CellMol Biol, 2008, 38(2): 127-134. 　　[14] Abraham G, Shibeshi W, Ungemach FR. Identification and characterization of β-adrenergic receptors in isolated primary equine tracheal epithelial cells[J]. Pulm Pharmacol Ther, 2011, 24(1): 174-181. 　　[15] Robiquet L, Kipris E, Guery B, et al. Beta-adrenergic modulation of lung fluid balance in acute paeruginosa pneumonia in rats[J]. Exp Lung Res, 2011, 37(8): 453-460. 　　[16] 陈丽萌,黄宇宁,Jurgen Schnermann.β1-/β2-肾上腺素受体基因缺失对肾脏球旁器颗粒细胞肾素分泌的影响[J].中华肝脏病杂志，2007, 23(11): 722-727. 　　[17] Li-meng Chen, Yu-ning Huang, Jurgen Schnermann. Effect of β1/β2 adrenergic receptor gene deficient on the expression of renin in juxtaglomerular granular cells[J]. Chinese Journal of Nephrology, 2007, 23(11): 722-727. 　　[18] Gavendo S,Kapuler S, Serban I, et a1. β1-Adrenergic receptors in kidney tubular cell membrane in the rat[J]. Kidney Int, 1980, 17(6): 764-770. 　　[19] Sancho-Bru P, Bataller R, Colmenero J, et a1. Norepinephrine induces calcium spikes and proinflammatory actions in human hepatic stellate cells[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2006, 291(5): 877-884. 　　[20] 刘娜，张晓岚，梁传栋，等. 肝纤维化过程中去甲肾上腺素各受体亚型表达的动态变化[J].中华肝脏病杂志，2009, 17,(9): 653-656. 　　[21] 高啸，张芳杰，晏维，等.肝纤维化肝组织中肾上腺素能受体的表达研究[J].中国组织化学与细胞化学杂志，2006, 6(15): 598-602.编辑/王海静