文献综述 Open Access
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世界华人消化杂志. 2003-11-15; 11(11): 1787-1792
在线出版日期: 2003-11-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i11.1787
蛋白酶激活受体-2与胃黏膜疾病的研究进展
朱雄伟, 王强, 湛先保, 李兆申
朱雄伟, 王强, 中国人民解放军第二军医大学附属长征医院普通外科 上海市 200003
湛先保, 李兆申, 中国人民解放军第二军医大学附属长海医院消化内科上海市 200433
基金项目: 全军医学科学技术研究"十五"计划重点课题基金资助项目, No. 01Z059.
通讯作者: 李兆申, 200433, 上海市长海路174号, 中国人民解放军第二军医大学附属长海医院消化内科. zhsli@81890.net
电话: 021-25070552 传真: 021-55620081
收稿日期: 2003-05-10
修回日期: 2003-05-20
接受日期: 2003-06-04
在线出版日期: 2003-11-15

蛋白酶激活受体-2属于蛋白酶激活受体超家族成员, 是一与G蛋白相偶联、有七个跨膜单位的受体, 他广泛分布于整个胃肠道, 易暴露于能使其激活的蛋白酶中, 是体内许多消化道腺体外分泌的直接调控者, 可活化血管内皮细胞, 影响胃肠道动力. 在胃组织中, 活化该受体可刺激辣椒素敏感性感觉神经元, 释放内源性降钙素基因相关肽、神经激肽A和P物质而发挥抑制胃酸分泌、促进黏液蛋白的分泌、短暂增加胃黏膜血流量等作用, 但也可促进胃蛋白酶的分泌. 因此, 蛋白酶激活受体-2是胃黏膜疾病治疗研究的新靶点.

关键词: N/A
引文著录: 朱雄伟, 王强, 湛先保, 李兆申. 蛋白酶激活受体-2与胃黏膜疾病的研究进展. 世界华人消化杂志 2003; 11(11): 1787-1792
N/A
N/A
Corresponding author: N/A
Received: May 10, 2003
Revised: May 20, 2003
Accepted: June 4, 2003
Published online: November 15, 2003

N/A

Key Words: N/A
0 引言

蛋白酶激活受体(protease/proteinase-activated receptors, PARs)属于与G蛋白相偶联、有七个跨膜单位的受体超家族成员之一[1], 现已先后发现有PAR-1[2]、PAR-2[3]、PAR-3[4]、PAR-4[5,6] 四种亚型. 其中PAR-2遍布于整个胃肠道上皮细胞表面[7], 比机体其他组织更容易暴露于各种能使其激活的蛋白酶(如各种消化酶、致病原或免疫活性细胞释放的蛋白酶等)中, 是体内许多消化道腺体外分泌的直接调控者, 影响胃肠道动力.在胃黏膜中, PAR-2主要是通过激活感觉神经元释放内源性降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)和神经激肽A (neurokinin A, NKA)而发挥抑制胃酸分泌、促进黏液蛋白的分泌、短暂增加胃黏膜血流量等作用, 从而保护黏膜细胞[8]. 但也可促进胃蛋白酶分泌, 对胃黏膜产生不良影响. 因而, PAR-2将是治疗胃黏膜损伤的一个重要治疗靶点, 有关该受体激动剂和/或拮抗剂的研究对胃肠道黏膜炎症治疗也有重要的临床应用价值.本文就近年来PAR-2在胃肠道黏膜中所起作用的有关进展作一综述.

1 结构与分布

PAR-2是在1994年首先被Nystedt et al [3]发现. 他们以牛K物质受体为基础合成寡核苷酸探针, 从小鼠基因组文库中克隆出来.其开放阅读框编码395个氨基酸的跨膜蛋白, 与G蛋白偶联的其他受体特征相一致. PAR-2与PAR-1(过去称为凝血酶受体)约有30%氨基酸同源序列, 其中42%结合于第一、七跨膜区, 有7个疏水的螺旋状跨膜区域, 形成胞内外各有3个连续环状结构, C-端位于细胞内, N-端位于细胞外. N-端在第1个穿膜区之前大约有100个氨基酸, 其中紧靠41位精氨酸的N-端序列, 存在凝血酶识别的裂解位点; 与水蛭素C-端有53-64同源性序列, 能与凝血酶的纤维蛋白原结合位点结合. 人PAR-2是一有397个氨基酸残基的蛋白, 与人PAR-1有35%的同源序列. PAR-2的N端含有一胰蛋白酶裂解位点(SKGR/SLIG), 凝血酶对该位点则无裂解作用[9].

PAR-2广泛分布在哺乳动物体内, 遍布于整个胃肠道, 在内皮细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等多种细胞膜均有表达, 但不存于血小板中[10]. 其主要通过自分泌、旁分泌机制起作用, 在调节上皮细胞和平滑肌细胞功能方面起重要作用. D'Andrea et al[11]用PAR-2多克隆抗体(针对氨基端37-53序列LIGKVDGTSHVTGKGV)对其在正常组织中的分布进行了免疫组化分析发现, 在血管及非血管来源的平滑肌、各种组织间质细胞中均有PAR-2免疫反应性, 也分布于内皮细胞和上皮细胞中. 全胃肠道均有很强的PAR-2信号, 表明PAR-2在消化系统中的分布是非常广泛的. 通过Northern blot分析发现, PAR-2在小肠、结肠、胃、胰腺、肝脏、肾脏、眼睛和其他器官中均有丰富表达. 在人类, 编码PAR-2的基因位于5q13染色体[12].

2 PAR-2的一般功能

PAR-2现已被认为是非常重要的受体. 在无PAR-2拮抗剂时, 根据PAR-2激活肽的作用, 其许多生理学和病理生理学作用已被发现, 部分结果已在剔除了PAR-2基因的小鼠中得到证实[13-15]. PAR-2既有前炎症性作用[16-29]也有抗炎症作用[30,31]双重作用. 因此, PAR-2激动剂和拮抗剂, 特别是非肽类形式, 可应用到各种疾病的治疗中去. 重要的是, PAR-2在全消化系统中都有分布, 在腺体、平滑肌、黏膜[32]和神经组织、细胞[33-38]中起发挥许多重要作用. 最近研究提示, PAR-2激发唾液腺的分泌唾液[39-41](包括淀粉酶和粘蛋白)、胰腺分泌胰液[42,43] (包括淀粉酶), 并参与调节各种平滑肌张力[42].

胰蛋白酶、类胰蛋白酶和凝血因子VIIa、Xa被认为是其内源性激活剂[44-46]. 另外, 未知的蛋白酶也可能是PAR-2的内源性激动剂. 胰蛋白酶是PAR-2最有效的激动剂, 如裂解位点由Arg/Ser变为Arg/Pro则阻碍了胰蛋白酶对PAR-2的激活作用. 类胰蛋白酶在炎症时由人肥大细胞分泌, 可能是人PAR-2的内源性激动剂, 其激活能力因不同组织或细胞而不同. 在一些组织或细胞中, 类胰蛋白酶只是微弱激活或不激活PAR-2, 但胰蛋白酶激活PAR-2作用总可被观察到. 受体糖基化是导致PAR-2对类胰蛋白酶不敏感的可能原因, 而胰蛋白酶则不然. VIIa和Xa因子在DIC时出现, 并可激活血管内皮细胞中PAR-2[47,48], 在其他组织损伤或炎症时也可激活PAR-2. 此外, 膜型丝氨酸蛋白酶1、3可能是新的内源性激活子[49]. 虽已有许多关于PAR-1介导细胞内信号的报道, 但有关PAR-2介导的信号传导通路尚有待于深入研究. PAR-2裂解产生的新N端充当一"栓系配体"并激活受体[50], 由此经Gq蛋白引发细胞内信号[51]. PARs的共同信号传导通路是激活磷脂酶C, 而且最可能是被异三体Gq/11蛋白激活, 形成三磷酸酯肌醇或二酰基甘油醇, 引发Ca2+动员、蛋白激酶C活化[52]. 但是, 至今尚无PAR-2偶联到Gq/11以外G蛋白的直接证据[53]. PAR-2介导的分裂素途径包括: 含有Src异体同形2区域的蛋白酪氨酸磷酸酯酶(SHP2)和对百日咳毒素敏感的异三体G蛋白[54]. 但SLp-NH2的某些作用对酪氨酸激酶抑制剂genestein是部分敏感的, 表明很可能是酪氨酸激酶而非其他c-Src参与其中[39,55,56].

按照受体活化序列人工合成的SLIGRL-NH2 (SLp-NH2)是PAR-2选择性肽类激动剂, 可直接结合到受体第二个环而使其激活[57]. PAR-2可被短至五或六个氨基酸的合成肽激活, 如人工合成的SLIGRL(小鼠)和SLIGKV(人), 可直接结合到受体的体部, 从而模拟内源性激动剂的作用[58-60]. 理论上, 小分子非肽类激动剂或拮抗剂均可根据受体激活肽序列设计出来, 但至今尚未见选择性非肽类激动剂或拮抗剂的报道. SLp-NH2类似物N-反式-苯丙烯盐基-LIGRL-鸟氨酸化合物(tcLp-NH2), 与SLp-NH2同效, 对检测PAR-2激活肽的特异性非常有用.至今也尚未找到PAR-2拮抗剂[61].PAR-2拮抗剂的发展, 不但有助于阐明PAR-2的生理学、病理生理学作用, 而且对今后将其应用到临床上治疗某些人类疾病可能也颇有价值. PAR-1衍生肽SFLLR在高浓度时也能激活PAR-2, 但PAR-1选择性合成肽如TFLLR对PAR-2的激活作用却相对较低[62,63]. 许多证据显示, PAR-2在包括消化系统的多种组织中起重要的生理和病理生理学作用. 因此, PAR-2现已被认为是开发胃肠道药物最重要的靶点之一.

3 PAR-2在胃黏膜中的作用

Kawabata et al [8]发现SLp-NH2和tcLp-NH2可诱导胃黏液分泌, 从而发挥保护黏膜细胞的作用, 但对十二指肠无此作用; 经辣椒素(可刺激和去除特异性感觉神经元)预处理后可阻断该作用, 而环氧化酶抑制剂则不能破坏该作用. 然而, 辣椒素预处理后却不能阻断PAR-2介导的促唾液腺分泌作用. 特异性CGRP1和NK2(而非NK1)受体拮抗剂可抑制PAR-2介导的胃黏液分泌. SLp-NH2可有效预防盐酸-乙醇或吲哚美新所致的胃损伤. 因此, SLp-NH2引发胃细胞黏液分泌, 是通过刺激感觉神经元释放CGRP和速激肽而发挥细胞保护作用; PAR-2介导的唾液腺的外分泌作用则不依赖于对辣椒素敏感的感觉神经元. Kawabata et al [64]还发现, PAR-2在辣椒素敏感性感觉神经元上有表达, 芳香息酸受体-1至少在一定程度上参与了PAR-2激活后产生的胃黏液的分泌, 因为芳香息酸受体-1的拮抗剂capsazepine可部分地抑制PAR-2介导的胃黏液的分泌作用.

有关PAR-2免疫组化定位揭示, 胃黏膜深层的PAR-2免疫反应性很丰富.尤其是黏膜主细胞的抗PAR-2抗体染色很浓, 表明PAR-2可能调节胃蛋白酶的分泌. 功能性实验显示, 全身应用SLp-NH2剂和阿码他定对卡巴可诱导的胃蛋白酶分泌无作用, 但其可触发胃蛋白酶分泌, 且并非继发于胃酸分泌, 并与胆碱能神经元和感觉神经元无关, 奥美拉唑、阿托品、辣椒素等预处理后仍有该作用[65]. 可见, PAR-2在受体激活肽或内源性蛋白酶刺激胃主细胞后可直接介导胃蛋白酶分泌, 这可能加重胃黏膜损伤或炎症. 因而, PAR-2对胃黏膜主要起保护作用的, 但也有前炎症性作用. 静脉注射0.3-1 μmol/kg SLIGRL-NH2四次后可明显促进胃蛋白酶的分泌, 但是单次剂量却无显著作用. Nishikawa et al [66]的研究发现, PAR-2mRNA在胃黏膜和平滑肌中均可被检测到, 静脉注射SLp-NH2后可强烈抑制卡巴可、八肽胃泌素、2-脱氧-D-葡萄糖诱导的胃酸分泌, 环氧化酶抑制剂或辣椒素预处理后均不抑制该作用. 因此, 除了刺激神经介导的黏液分泌外, 活化PAR-2可不依赖于前列腺素和感觉神经元而抑制胃酸分泌, 可见, PAR-2是通过双重作用机制从而发挥保护胃黏膜细胞的作用.

鉴于PAR-2在胃黏膜中的丰富表达, 有人推测PAR-2在胃黏膜中可能充当保护因子.Kawabata et al [8]的实验证实, 全身应用SLp-NH2和阿码他定(amastatin, 一种氨基肽酶的抑制剂), 可触发胃黏液的分泌. 对SLp-NH2促分泌作用的进一步研究显示, 该激动剂可有效抵制二氯芬酸(环氧化酶抑制剂)作用, 但经大剂量辣椒素预处理后则无促分泌作用, 表明PAR-2引发的黏液分泌是辣椒素敏感性感觉神经元介导的, 而不是前列腺素. 与PAR-2在辣椒素敏感性感觉神经元中有表达是一致的[67]. CGRP、速激肽(如NKA和P物质均能促进胃黏液的分泌, 作用强度的先后顺序是NKA大于CGRP大于P物质. CGRP的促胃黏液分泌已被另一独立研究证实[68]. 在两个不同的大鼠损伤模型(HCl/乙醇和吲哚美欣诱发)中静脉注射SLp-NH2与阿码他定均显示, 该短肽有很强的黏膜细胞保护作用, 但可被辣椒素破坏. 在吲哚美欣诱发的胃损伤模型中, PAR-2通过促黏液分泌而保护胃黏膜, 且与前列腺素的作用无关. 临床上应用前列腺素类药物保护胃黏膜时, 可明显诱导子宫肌层收缩, 从而有不良副作用. 与此相比较, SLp-NH2并不诱导子宫肌层收缩. 总之, 有人假设, 发生炎症时, 在辣椒素敏感性感觉神经元表达的PAR-2可被内源性蛋白酶激活, 引发CGRP和速激肽释放, 作用于CGRP1 和NK2受体而促进胃黏液分泌, 从而保护胃黏膜细胞.

Kawabata et al [8]还发现, 口服或经肠道应用SLp-NH2均通过释放内源性CGRP、速激肽而促进胃黏液分泌, 与前列腺素无关. 应用外源性CGRP和速激肽后能促进胃黏液分泌. 同时也揭示了PAR-2介导的唾液腺的外分泌作用与辣椒素敏感的感觉神经元无关, 表明PAR-2介导的外分泌调节是非常复杂的.很显然, 静脉注射SLp-NH2后引起胃黏液增加并非唾液黏液增加所致, 因为结扎贲门与否对胃液量无影响. 口服SLp-NH2后引起的胃黏液分泌是由于其可直接激活胃腔表面或周围区域如肠道表面的PAR-2. 以前发现肠道应用与口服SLp-NH2后促唾液分泌效应是不一致的, 表明SLp-NH2不吸收或很少吸收到血液循环中去. 这对以后临床应用SLp-NH2作为胃细胞保护剂是非常有益的, 因为可以避免其引起的全身性副作用. 而且, 应用最大剂量(1 μmol/kg) SLp-NH2后对胃黏膜的保护作用却相对减低.不管是单独使用或与阿码他定联合应用, 该实验中SLp-NH2的应用剂量范围0.2-1.0 μmol/kg (130-650 μg/kg, 大约32.5-162.5 μg/大鼠), 但该剂量很低, 全身应用后尚不会诱发严重炎症. 尽管SLp-NH2的作用与组织、物种及动物模型有关, 但均通过刺激辣椒素敏感性神经元释放CGRP和速激肽而促进黏液分泌, 从而保护胃黏膜. CGRP和NKA协同增加黏液的分泌. CGRP对胃黏膜的保护作用是由于抑制胃酸分泌和/或增加黏膜血流量所致.研究发现, SLp-NH2引起胃黏膜血流量短暂性增加与CGRP无关, 表明PAR-2并不分布于胃黏膜的所有CGRP神经元上. 鉴于SLp-NH2引起胃黏膜血流量增加是暂时的, 故PAR-2介导血流增加在胃黏膜细胞保护作用中是很小的. PAR-2介导的胃黏膜血流暂时增加并不被一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME所阻断, 因为PAR-2在体外是通过诱导血管内皮释放一氧化氮导致血管舒张. 这与以前大剂量注射SLp-NH2引起暂时性低血压的结果相一致. 此外, 尚有待于证实是否有其他物质或机制如内皮来源的超极化因子参与这些作用. 尽管PAR-2对胃黏膜的保护作用是与前列腺素无关, 但前列腺素却介导PAR-2在其他系统中的作用.辣椒素预处理对PAR-2介导的唾液分泌和淀粉酶或黏液分泌无效, 尽管SP在辣椒素敏感性神经元中是普遍存在的, 而且是唾液腺强效促分泌剂. 因此, PAR-2在唾液腺与胃黏膜二者中的作用机制是不同的, 其确切的机制尚有待于证实. PAR-2激动剂在胃肠道不同器官中作用是不同的. PAR-2介导的胃黏液的分泌可能只是部分解释了SLp-NH2在胃黏膜损伤模型中强大的保护作用. 尽管PAR-2引起胃黏膜血流量增加是短暂的, 但参与了PAR-2介导的黏膜保护作用. 另外, SLp-NH2强烈抑制卡巴可诱导的胃酸分泌, 有助于保护胃黏膜细胞.

有关PAR调节胃平滑肌作用的研究, Cocks et al [69]报道, 激活PAR-2后可使预收缩的小鼠胃平滑肌舒张, 且与神经元机制无关, 可被apamin (Ca2+激活的低电导K+通道抑制剂)阻断. SLp-NH2的收缩作用可能是直接激活平滑肌上PAR-2, 主要是L型Ca2+通道和酪氨酸激酶介导的[70,71]. 全身应用PAR-2激动剂和阿码他定后, 明显有助于在体大鼠胃肠道的运输, 该作用依赖于L型Ca2+通道的激活并被apamin敏感性K+通道所调节[72]. 因此, PARs可能有助于调节炎症时胃肠道的运输作用, 以前的证据显示如内毒素血症等炎症刺激能增强胃肠道的运输作用[73-75]. 因此, PAR-2在调节胃肠道平滑肌动力中所起作用是复杂的, 他们的生理学和/或病理生理学意义有待于进一步阐明.

总之, PAR-2现已成为开发治疗胃肠道黏膜炎症性疾病药物的靶目标. PAR-2可触发黏液和胃蛋白酶分泌, 抑制胃酸分泌并使血流量暂时增加; 症时, PAR-2调节胃肠道平滑肌动力, 引发多种腺体的外分泌作用.但这些功能还未在人组织或细胞中得到证明. 有研究和临床应用价值的非酶性、非肽性PAR-2激动剂现在还未获得, 这是今后的研究方向.尽管口服SLp-NH2可触发胃黏液分泌, 但在胃损伤模型中的细胞保护作用还没有得到证实. PAR-2刺激胃蛋白酶分泌可能潜在地减弱其保护作用. 尽管SLp-NH2在胃黏膜中作用有双重性, 但适当剂量SLp-NH2对胃黏膜疾病可能还是有治疗价值, 因为一些前列腺素E衍生物也有类似的双重作用特性(保护作用和前炎症性), 如今已被用作治疗消化性溃疡. 而且, SLp-NH2不诱导子宫肌层收缩, 而这恰是前列腺素衍生物最突出的副作用之一.

现在研究多着眼于PAR-2激活后可抑制胃酸分泌作用以及是否能触发重碳酸盐分泌. 今后有关PAR-2最有潜在意义的研究主题之一是其特异性拮抗剂的研究.尽管许多学者对该领域进行了大量探索, 但至今未见PAR-2选择性拮抗剂的报道. 这些研究的问题之一是很难建立高度特异、有效的PAR-2受体结合测定方法.PAR-2拮抗剂当作一个研究工具用来阐明PAR-2在胃肠道中的作用是非常有用的. 随着对PAR-2在胃肠道黏膜中作用机制的进一步研究, 我们相信该受体的功能将会得到进一步阐明.

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