给科研小白的GPCR入门

G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）是介导细胞对外部刺激反应最主要的受体类型，这些外部刺激包括光、气味、激素和各种生长因子。在学习和科研中我们往往会见到各种各样的受体，例如M型的乙酰胆碱受体，肾上腺素受体等，最后其本质都是GPCR，而实际上GPCR种类繁多，与其结合的Gα蛋白就有包括Gs、Gq、Gi在内的多种，有时候又会遇到Gi/o、Gq/11等名字，而大多出现这些G蛋白或相关名词的课本和文献对之却并没有详细的解释，往往造成小白（比如笔者）的困扰。因此这篇文章试图整理一下常见的GPCR的类型，给像我一样还对GPCR不甚了解的uu们一些启发。

介绍

GPCR包含七个跨膜（TM）的α螺旋结构（图1a）。G蛋白和β-arrestin是GPCRs行使功能的两种重要的信号途径。激活性的配体或激动剂可稳定GPCR的活性构象，在该构象下GPCR与异源三聚体G蛋白相互作用，导致Gα亚基的GDP被交换为GTP，继而使得Gα亚基与Gβγ解离，然后它们分别介导下游信号传导活动（图1b）。除了通过G蛋白发出信号外，GPCR还可以通过抑制蛋白（arrestins）发出信号（图1b）。G蛋白连接的激酶对GPCR的C端尾部进行磷酸化可导致抑制蛋白的募集，从而阻止其与G蛋白的相互作用，并促进受体内化（通过质膜凹陷继而脱离细胞膜进入细胞质）。某些GPCR配体也可以直接或可能通过促进与磷酸化受体的激酶的相互作用来诱导抑制蛋白与GPCR的结合，从而激活不同于G蛋白介导的下游信号通路。

常见的GPCR类型及其下游通路

Gα蛋白和Gβγ种类繁多。在人类中，总共有16种 Gα（图2），5种 Gβ和13 种Gγ亚基。每个Gα亚基可以独立发出信号，而Gβ亚基和Gγ亚基是专性异二聚体，作为单个单位（Gβγ）发挥作用。16种Gα亚基可分为4个主要的Gα家族（Gs，Gi，Gq和G12），它们调节关键效应子如腺苷酸环化酶，磷脂酶C和二级信使的产生（cAMP，Ca2+，肌醇三磷酸等）。许多不同的受体可以偶联到同一个Gα蛋白，同一个受体也可以偶联到一个以上的Gα蛋白。Gβγ亚基具有调节和信号功能，包括用作受体激酶的支架和离子通道的调节器。

四类G蛋白α亚基中，Gs家族的Gα亚基可以激活腺苷酸环化酶活性，从而增加细胞内cAMP的水平，因此而被命名为Gs，意为刺激性（stimulatory）。

Gi家族的Gα亚基可以抑制腺苷酸环化酶的活性，从而降低细胞内cAMP水平，因而被命名为Gi，意为抑制性（inhibitory）；Gi家族还包括一些与其他效应器相互作用的Gα亚基，如开启或关闭离子通道，或者激活其他信号通路，这些Gα亚基被称为Go，意思是其他（other）。有些文献使用Gi/o指代这类G蛋白家族。

Gq家族的Gα亚基可以激活磷脂酶Cβ（PLCβ），从而催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）的水解，产生二乙酰甘油（DAG）和肌醇1,4,5-三磷酸（IP3），作为第二信使参与细胞信号转导。第二信使负责细胞内钙的动员、蛋白激酶C（Protein Kinase C, PKC）和有丝分裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated Protein Kinase, MAPK）的激活。有些文献也称Gq家族为Gq/11家族。其命名缘由暂未找到出处。这可能与Strathmann和Simon在1989年于美国国家科学研究院学报发表的文献《Diversity of the G-protein family: sequences from five additional alpha subunits in the mouse》有关，其中他们确定了当时未曾发现的五种Gα亚基，临时命名为Gα10-Gα14。次年12月，他们在美国国家科学研究院学报发表《G protein diversity: a distinct class of alpha subunits is present in vertebrates and invertebrates》，将Gαq、G11和G14归为新一类G蛋白，命名为Gq。关于此处为何突然出现Gαq，Gαq最先由谁发现，以及“Gα10”的真实身份，笔者尚未找到出处。

G12家族的Gα亚基可以调节细胞骨架和细胞黏附等过程，从而影响细胞形态和迁移。它们还可以激活Rho家族小GTP酶，从而调节细胞收缩和增殖等功能。1991年，Strathmann和Simon将G12和G13归为第四类G蛋白α亚基。有些文献使用G12/13家族代表G12家族。

下面以神经递质受体为例列举一些常见的GPCR类型及其下游通路。

参考文献

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