关于细胞教材中G蛋白部分的新思考

　　

生物通报道：为什么肾上腺素（adrenaline、epinephrine）只能使心跳加速而不是心跳减慢？如今成为研究人员饶有兴味的研究课题，即将面世的11月21日PNAS一篇文章对这种现象进行了解释。

许多药物并不是作用于细胞内部，它们与胞外受体相结合，然后激活细胞内部的G蛋白。乔治亚医学院（MCG）生物物理学家Nevin A. Lambert博士说：“如果你想改变细胞的作用方式，需要转换向胞内传递的胞外信号。如同一场接力赛，G蛋白与受体相互作用：G蛋白汇集到受体区域，与受体相互撞击。受体本身不发生变化，只是开启G蛋白。”

虽然只有四大类G蛋白，但是细胞中的G蛋白拷贝数却是千千万万，它们与细胞表面的上百种受体相互作用。每种G蛋白都由三种蛋白亚单位：α、β、γ组成。教科书上很早就写到：一旦G蛋白被激活，α亚单位与另外两个亚单位脱离，β和γ亚单位始终以βγ聚合体形式存在。α亚单位和βγ聚合体都可以引发细胞发生变化。“有时它们发挥协同效应，有时发挥拮抗效应。”

肾上腺素引起的G蛋白分裂，α亚单位提高cAMP的表达水平，加速心跳；βγ聚合体激活离子通道，使细胞的域电位升高（less electrically excitable），心率下降。然而多次实验发现，在肾上腺素提高心脏细胞cAMP水平的同时，离子通道并未被激活。研究人员推测细胞并未对两个完全相反的途径做出反应，那么细胞为何只对其中的一种信号做出反应？一种可能是G蛋白被肾上腺素受体激活后，α亚单位与βγ聚合体并未真正分离。MCG研究人员已经证实另一种G蛋白确实发生了分裂，这说明教科书至少时部分正确的。

为什么不同的G蛋白会存在这种差异？以前研究G蛋白，包括G蛋白的发现和G蛋白在信号转导中的其它作用，都是在试管中利用已经纯化好的蛋白进行实验。MCG研究人员利用其研制的一种技术观察G蛋白在活细胞中的功能。他们的研究结果提示肾上腺素受体并不会使βγ聚合体发挥作用。

“一个永恒的话题是怎样避免药物的副作用，”Lambert博士说，“这有助于我们提高药物的特异性。副作用的原因是G蛋白发生分裂，使药物作用于各式各样的受体。”

为什么上百种受体只需要通过4大类G蛋白传递信号，产生如此多的生物学效果？勿庸置疑，关于G蛋白的新发现向解决这个问题迈出了第一步。Lambert 说：“如同100辆汽车通过4条公路到达100个不同地点。”

科研人员的理想药物是能够绕过细胞表面受体，直接作用于G蛋白，增强效果。Lambert的实验室研究生、PNAS文章第一作者Gregory J. Digby 现在致力于观察G蛋白分裂与否，以帮助药物研发。研究人员认为表面上看是G蛋白亚单位之间的粘性决定了G蛋白分裂不分裂，实际上是G蛋白可分为两种：发生分裂的G蛋白或者不发生分裂的G蛋白。（生物通记者 小粥）