G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCRs)是细胞表面一大类膜蛋白受体的总称，其通过与细胞外的信号分子结合来激活细胞内的信号传递途径，并通过调节细胞炎症、凋亡、增殖、迁移和分化等过程参与机体的视觉、味觉、嗅觉、交感/副交感神经功能、代谢和免疫等多种重要的生理进程。在癌症、神经系统疾病和代谢疾病中，GPCRs介导的信号通路失调严重影响了细胞行使正常的功能[1]。目前，尽管美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物中有34%是通过与GPCRs结合而起作用的，GPCRs在调控宿主细胞应答结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,MTB)感染中的作用尚不清楚[2]。因此，开发以GPCRs为靶点的抗结核分枝杆菌新疗法具有巨大的研究价值和广阔的应用前景。笔者对趋化因子受体类、孤儿受体类及其他受体类GPCRs进行综述，旨在阐明GPCRs在宿主，尤其是宿主巨噬细胞抗MTB感染过程中发挥的重要作用。

一、GPCRs概述

1.GPCRs的结构及其分类：

GPCRs的发现始于对β2-肾上腺素能受体和视蛋白的研究，Dixon等[3]发现其共享一个7次跨膜结构域的拓扑结构，这两种受体的唯一共同点就是都与G蛋白结合，这提示所有与G蛋白结合的受体可能是一个超基因家族，在此之后被称为GPCRs。GPCRs是跨膜(transmembrane, TM)蛋白，包含胞内、胞外和7次跨膜结构域，由连接环和末端延伸序列组成[4]。根据基因序列上的同源性，脊椎动物体内的GPCRs分为A类(视紫红质类，rhodopsin-like)、B类(分泌素类，secretin receptor family)、C类(谷氨酸类，metabotropic glutamate)、F类(卷曲蛋白类，frizzled/smoothened)[5];GPCRs的胞外配体在物理和化学性质上是多种多样的，其包括光子、离子(H+、Zn2+、Ca2+等)、脂质(前列腺素、雌激素等)、多肽(血管紧张素等)、蛋白质(趋化因子等)、胺类(多巴胺、血清素、α肾上腺素等)、天然产物(吗啡、鼠尾草素A等)、中间代谢物(三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、脂肪酸、胆汁酸等)[6]。此外，还有胞外配体未知的孤儿受体。目前对于参与宿主抗结核分枝杆菌感染过程中的GPCRs的研究主要集中在趋化因子受体类GPCRs和孤儿GPCRs。

2.GPCRs的生物学功能：

GPCRs是人类基因编码的最大的一类信号受体，可被多种细胞外信号激活[6]。GPCRs通过跨膜结构域的构象变化将信号传递入细胞内，GPCRs胞内域与经典异三聚体G蛋白相互作用，调节多种下游信号通路和第二信使，包括腺苷酸环化酶和3,5-环单磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)、离子通道、磷脂酶、三磷酸鸟苷酶(guanosine triphosphate phosphohydrolase, GTPase)和激酶级联信号通路等[1],进而影响细胞的代谢和功能。GPCRs信号通路参与视觉、味觉、嗅觉、交感/副交感神经功能、代谢和免疫等多种机体重要的生理功能，这表明GPCRs可能是多种疾病的重要治疗靶点[7]。

3.GPCRs在宿主抗MTB感染过程中发挥的作用：

GPCRs在细胞内广泛表达，参与的信号转导通路众多，是机体生理活动的重要调节位点，且经FDA批准的药物约有34%是以GPCRs为药物靶点，这提示GPCRs在抗MTB感染中可能也发挥了重要的作用，因此，在研究宿主抗MTB感染过程中细胞表面GPCRs的改变及其下游作用通路的活化将有助于明确机体抗结核免疫的具体机制。由于在机体抗结核免疫过程中，早期清除MTB感染与巨噬细胞中强大的先天免疫反应有关[8]。因此，本研究将对多种GPCRs进行综述，并阐明其在宿主抗MTB感染过程中发挥的重要作用。

二、趋化因子受体类GPCRs

趋化因子受体类GPCRs是一类特殊的GPCRs,这类受体广泛地表达在免疫细胞上，如T细胞、B细胞、巨噬细胞和中性粒细胞，其主要作用是通过与趋化因子结合来介导免疫细胞对趋化因子的响应。

1.CCR2:

CCR2的主要配体是单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1,也称CCL2),它能特异性地结合并激活CCR2,诱导白细胞，特别是单核细胞和巨噬细胞向炎症或感染部位迁移。在抗MTB免疫过程中，CCR2参与单核细胞和活化T细胞募集至MTB感染的部位[9]。CCR2基因缺陷[CCR2(-/-)]小鼠在感染MTB后早期死亡，肺部细菌数量是具有正常CCR2基因[CCR2(+/+)]小鼠的100倍。在感染早期，CCR2(-/-)小鼠表现出巨噬细胞向肺募集缺陷，而在感染晚期则表现出树突状细胞和T细胞向肺募集缺陷。感染后CCR2(-/-)小鼠的纵隔淋巴结(mediastinal lymph nodes, MLN)募集的巨噬细胞和树突状细胞减少，这表明CCR2介导的免疫应答在先天免疫应答和控制MTB感染中十分重要[10]。有研究报道，单核细胞与分枝杆菌细胞壁脂质成分相互作用后，细胞表面的CCR2显著性下调[11]。此外，受MTB抗原刺激后，血液、脾脏、肺门淋巴结(pulmonary hilar lymph nodes, PHLN)等不同组织来源的单核细胞CCR2表达改变量不同[12]。

2.CCR5:

CCR5是一种表面在多种细胞上的GPCR,特别是在T细胞、巨噬细胞和树突状细胞上。它主要参与免疫系统的调控，尤其是在介导炎症反应和免疫细胞的迁移过程中发挥重要作用。CCR5的胞外配体CCL3(MIP-1α)、CCL4(MIP-1β)、CCL5(Rantes)也是趋化因子中重要的成员，CCL4已被确定为结核病易感基因[13],CCL5主要与嗜巨噬细胞病毒独立导致的原发感染有关[14],参与单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞和活化T细胞抗MTB的迁移[15],但在小鼠结核肉芽肿的发展过程中可能不是必需的[16];同时，CCR5和CXCR4作为人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)进入CD4+T细胞的辅助受体[17],与HIV和分枝杆菌的共感染有关。将血液单核细胞暴露于活的鸟分枝杆菌复合群(Mycobacteriumavium complex, MAC)或MAC抗原(Mycobacteriumavium complex antigen, MAg)感染后，CCR5在mRNA水平和细胞表面的表达均增加[18]。综上，MTB感染的巨噬细胞通常高表达CCR5,这导致感染了MTB的巨噬细胞对HIV-1更易感，而CCR5与CCL4的结合促进MTB的感染。

3.CXCR2:

CXCR2主要表达在中性粒细胞上，但在其他类型的免疫细胞上同样表达。CXCR2主要参与调控炎症反应和细胞迁移。CXCR2是趋化因子CXCL1和CXCL2的受体，二者的同源性达90%。研究表明，CXCL1和CXCL2与CCR2结合后可以增强NLRP3炎性小体的激活；在体内阻断CXCL1和CXCL2后可以显著减少MTB诱导的具有生物活性的IL-1β的产生[19]。与正常小鼠相比，CXCR2基因敲除的小鼠在腹腔感染或气道吸入鸟分枝杆菌脂多糖(lipopolysaccharides)后24～48 h内中性粒细胞的募集减弱[20]。CXCR2与配体CXCL1和CXCL2结合后，通过募集中性粒细胞、激活NLRP3炎性小体、诱导IL-1β的产生等方式发挥抗MTB感染的作用。

4.CXCR3:

CXCR3广泛表达在多种免疫细胞上，尤其是在活化的T细胞、自然杀伤细胞(natural killer, NK)和某些B细胞中。CXCR3是趋化因子CXCL9(单纯疱疹病毒诱导的蛋白1,Mig)、CXCL10(干扰素诱导蛋白10,IP-10)、CXCL11(干扰素诱导T细胞α吸引蛋白，I-TAC)的受体，这三类趋化因子具有明显的结构同源性[21]。CXCR3主要通过与上述的特定趋化因子结合来介导免疫细胞的迁移和功能调节。在斑马鱼体内，CXCR3.3突变对分枝杆菌更易感，CXCR3.2突变对分枝杆菌抵抗性更高，CXCR3.3抑制CXCR3.2信号传递。在人体内，不同的CXCR3拼接变体在调控巨噬细胞迁移过程中存在拮抗作用[22]。Sun等[23]的研究表明，CXCR3及其配体在肉芽肿区炎症细胞的细胞质和细胞核中表达。此外，CXCL9、CXCL10和CXCL11与疾病严重程度相关。

5.CXCR4:

CXCR4与其胞外配体CXCL12 (基质细胞源性因子1,SDF-1)结合后发挥控制造血细胞运输和淋巴组织结构的稳态的功能。CXCL12及其受体在不同的生理病理过程中发挥关键作用，它参与维持组织稳态，免疫细胞的生存和运输，并可能参与癌症转移的发生和扩散[24]。此外，CXCR4可能与HIV和MTB导致的双重感染有关[17]。嗜T细胞的HIV毒株倾向于使用CXCR4趋化因子受体，而嗜巨噬细胞的HIV毒株倾向于使用CCR5趋化因子受体[25]。Hoshino等[26]采用高密度cDNA阵列筛选支气管肺泡灌洗细胞的转录本，发现CXCR4 mRNA在结核病患者中升高，且CXCR4主要在肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages, AM)上表达，这表明体外感染MTB的巨噬细胞表面CXCR4的表达增加。Torraca等[27]证明肉芽肿相关的促血管生成程序的启动需要CXCR4信号传导。CXCR4能够促进肉芽肿的血管生成，进而促进肉芽肿中MTB的存活。

6.CXCR5:

CXCR5是趋化因子CXCL13(B细胞引诱因子，BCA-1)的受体。CXCR5通过与其配体CXCL13的结合调控B细胞和T细胞在淋巴组织中的定位和迁移，促进非淋巴器官异位淋巴样结构的新发生，在慢性炎症中发挥重要功能。CXCL13与CXCR5结合后介导促炎细胞因子产生，并使CXCR5+T细胞定位在淋巴组织内，进而促进巨噬细胞早期有效激活和对MTB感染的控制[28]。CXCR5主要在CD4+T淋巴细胞、辅助性T淋巴细胞及NKT淋巴细胞上表达，与巨噬细胞抗MTB免疫并无直接关系。

7.CX3CR1:

CX3CR1是CX3CL1(神经节苷脂，fractalkine)的受体，二者结合后介导细胞迁移，促进细胞之间的黏附。结核分枝杆菌HSP16.3通过CX3CR1诱导巨噬细胞M2极化[29]。CX3CR1在宿主控制MTB感染的过程中调节巨噬细胞和树突状细胞的功能和运输。CX3CR1缺陷会影响免疫细胞募集；然而仅CX3CR1缺陷并不会使宿主更容易感染MTB[30]。肺泡巨噬细胞直接暴露于高糖环境时，CX3CR1的表达降低，与此同时，免疫荧光分析显示肺泡巨噬细胞的吞噬能力也会随之下降[31],这提示CX3CR1表达量的降低可能会降低肺泡巨噬细胞对MTB的吞噬能力。

三、孤儿GPCRs

孤儿GPCRs是一类内源性配体未知的GPCRs,它们是GPCRs家族中重要的组成部分，但目前对孤儿GPCRs在宿主抗MTB感染中发挥功能的研究相对较少。

1.GPR160:

GPR160属于A族孤儿GPCRs,由于GPR160的内源性配体尚未被明确识别，这意味着GPR160在巨噬细胞与MTB相互作用中的具体功能尚未完全明确。然而，Bo等[32]的研究表明，GPR160可能在调节巨噬细胞对MTB的免疫应答中起重要作用。GPR160基因的突变会显著减少感染MTB的巨噬细胞比例，这表明GPR160在宿主巨噬细胞抗MTB感染过程中可能发挥着促进MTB感染巨噬细胞的功能。

2.其他孤儿受体类GPCRs:

GPR141敲除的小鼠自身免疫性脑脊髓炎(EAE)病情更加严重，且脊髓中免疫细胞浸润增加。GPR84可以增强机体的炎症反应，增强巨噬细胞的吞噬活性[33]。GPR21可能参与促进巨噬细胞迁移与以慢性低度炎症为特征的病理状况相关。但这些孤儿受体在抗MTB感染的过程中是否同样发挥作用仍需要进一步的研究。

四、其他类型GPCRs

除趋化因子类GPCRs与孤儿GPCRs外，GPCR家族中仍有其他种类繁多的成员，包括胺类配体GPCRs、多肽类配体GPCRs和脂质类配体GPCRs等。

1.G蛋白偶联阿片受体：

G蛋白偶联阿片受体家族包括μ、δ、κ阿片受体。这些受体在人体中的分布广泛，特别是在中枢神经系统和胃肠道，主要负责调控疼痛、情绪、奖赏感、呼吸和肠胃功能等。此外，由于阿片成瘾被确定为临床结核病的危险因素，因此，长久以来普遍认为吗啡具有能够抑制巨噬细胞吞噬MTB的功能。然而，用吗啡处理人胎儿小胶质细胞培养物可刺激其对结核分枝杆菌H37Rv的吞噬，且吗啡诱导的吞噬活性增加被百日咳毒素显著抑制，而不受霍乱毒素影响，这提示吗啡刺激小胶质细胞吞噬作用的机制涉及G蛋白偶联μ阿片受体[34]。因此，关于吗啡通过G蛋白偶联阿片受体对MTB产生的不同作用的机制有待更进一步的研究。

2.G2A:

G2A或称GPR132,曾被认为是属于孤儿受体的一员。但在后续研究发现G2A能够响应多种配体，包括氧化型磷脂酸(Ox-PLs)与溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine, LPC)等，并且在免疫调节与细胞增殖过程中发挥功能，在淋巴细胞中可以被不同类型的DNA损伤剂诱导产生，并可以阻断细胞周期的G2/M期进程。Lee等[35]的研究表明，在用H37Rv感染小鼠巨噬细胞后，LPC处理迅速提高了巨噬细胞中环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)和蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)的含量，以及磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase, p38 MAPK)的磷酸化水平；用PKA抑制剂H-89预处理后，细胞活性不受影响。用LPC处理后巨噬细胞内早期吞噬体标志物早期内体抗原1(early endosome antigen 1,EEA1)和晚期吞噬体标志物溶酶体相关膜蛋白1(lysosome-associated membrane protein 1,LAMP-1)与含异硫氰酸荧光素(fluorescein lsothiocyanate, FITC)标记的分枝杆菌的吞噬体共定位的比例持续增加。以上结果表明，在MTB感染过程中，LPC通过与小鼠巨噬细胞表面的G2A结合，激活下游环磷酸腺苷-蛋白激酶A-磷脂酰肌醇3-激酶-p38丝裂原活化蛋白激酶通路，最终抑制巨噬细胞核因子-κB(Nuclear Factor kappa B,NF-κB)激活，促进吞噬体成熟，抑制MTB的生长。

3.P2X7R:

P2X7R是一类在巨噬细胞表面高度表达的GPCRs,与其激动剂三磷酸腺苷的结合已被证明参与诱导感染MTB的单核细胞和巨噬细胞凋亡，抑制MTB的细胞内感染，促进MTB死亡。Santos等[36]的研究证明，三磷酸腺苷处理RAW264.7小鼠巨噬细胞后MTB菌落形成单位数量下降；P2X7R在感染H37Rv小鼠的肺部表达显著增加；与野生型小鼠相比，P2X7R基因缺陷[P2X7R(-/-)]小鼠感染MTB后肺组织MTB负荷增加。Soares-Bezerra等[37]的研究表明，三磷酸腺苷刺激感染BCG或MTB的巨噬细胞P2X7R激活后，主要组织相容性复合体Ⅱ类(major histocompatibility complex classⅡ,MHCⅡ)的表达上调，有助于通过T细胞发挥抗分枝杆菌感染的免疫应答。耐多药(multidrug-resistant, MDR)和广泛耐药(extensivelydrug-resistant, XDR)结核病感染巨噬细胞时可抑制钾离子外排，而这种外排可能导致吞噬酶体酸化并促进分枝杆菌死亡。三磷酸腺苷激活P2X7R后瞬间打开阳离子通道，允许Ca2+和Na+内流，K+外排。这一过程启动了一系列下游信号，如半胱天冬酶级联和炎性体复合物的激活，并引起细胞凋亡或磷脂酶D的激活，从而促进吞噬体-溶酶体融合并导致分枝杆菌死亡[38,39,40]。然而，高毒力分枝杆菌对三磷酸腺苷介导的保护机制具有更高的抵抗能力，且能加速被感染的巨噬细胞坏死、凋亡、释放细胞内的损伤相关因子三磷酸腺苷，进而形成恶性循环，促进了侵袭性肺结核的发病过程[41]。

4.趋化因子诱骗受体D6:

趋化因子诱骗受体D6是非典型的趋化因子受体，与典型的趋化因子受体结构相似，可以高亲和性结合炎性CC趋化因子，但不能趋化及活化细胞。其主要在控制炎症、调节免疫等方面发挥作用。D6诱骗受体主要通过控制细胞因子聚集、激活和迁移，以及控制感染器官中树突状细胞和T细胞来避免产生过量的细胞因子，进而控制保护性免疫反应的程度[42]。趋化因子诱骗受体D6在MTB感染中起到平衡炎症、避免保护性炎症反应过度激活的作用。

综上所述，GPCRs在宿主抗MTB感染中发挥重要作用。研究发现，GPCRs通过调控多种细胞信号通路，影响巨噬细胞的功能和免疫反应。具体而言，趋化因子受体类GPCRs、孤儿受体类GPCRs和其他类型的GPCRs在调控巨噬细胞的迁移、激活和抗MTB感染中具有重要作用。尽管GPCRs在抗MTB感染中的作用已得到初步揭示，但其具体的分子机制和信号传导通路仍需进一步深入研究；此外，鉴于孤儿受体GPCRs在抗MTB感染中的潜在重要性，还需要进一步探索其具体的信号传导通路和生物学功能。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献 刘浩瀚和马子淳：起草文章；逄宇：对文章的知识性内容作批评性审阅；李姗姗：对文章的知识性内容作批评性审阅、获取研究经费、行政/技术/材料支持

参考文献:

[9]王晓蕾.结核病感染免疫相关因子IL-10的表达调控及MCP-1基因多态性的研究.济南:山东大学,2018.

基金资助:国家自然科学基金(82202530)~~;

文章来源:刘浩瀚,马子淳,逄宇,等.G蛋白偶联受体在宿主抗结核分枝杆菌感染中的功能及作用机制[J].中国防痨杂志,2024,46(07):839-844.