代谢型受体

代谢型受体（Metabotropic Receptor）是一类通过与G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）偶联来介导细胞信号的跨膜受体大家族，也称为G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs）。与离子型受体（配体门控离子通道）的直接、快速作用不同，代谢型受体激活后引发复杂的细胞内信号级联，产生更缓慢、更持久且更多样化的效应，是细胞对外界化学信号（如神经递质、激素、趋化因子）进行精细整合和调控的核心机制。

1. 核心结构与激活机制

• 结构特征：典型的GPCR由一条多肽链构成，具有七个跨膜α螺旋（7TM），胞外N端和胞内C端。配体结合口袋位于跨膜区或胞外域。

• 激活过程（经典模式）：

  1. 配体结合：神经递质、激素等第一信使与受体结合。

  2. 构象改变：受体发生构象变化，暴露出与异源三聚体G蛋白（由α、β、γ亚基组成）结合的部位。

  3. G蛋白激活与解离：无活性的G蛋白（结合GDP）与受体结合，触发GDP与GTP交换，导致Gα亚基与Gβγ亚基解离。

  4. 效应器调节：活化的Gα-GTP和/或Gβγ亚基扩散至膜上，分别调节下游的效应器酶或离子通道。

  5. 信号终止：Gα亚基内在的GTP酶活性将GTP水解为GDP，Gα-GDP与Gβγ亚基重新结合，恢复无活性状态。G蛋白信号调节蛋白（RGS）可加速此过程。受体也可被G蛋白偶联受体激酶（GRKs）磷酸化，招募阻遏蛋白（Arrestin）使其脱敏和内吞。

2. 主要信号通路分类
根据Gα亚基类型及其调控的主要效应器，可分为几大类：

• Gs家族：激活型。刺激腺苷酸环化酶（AC），增加环磷酸腺苷（cAMP）水平，进而激活蛋白激酶A（PKA）。

• Gi/o家族：抑制型。抑制AC，降低cAMP；此外，Gβγ亚基可直接激活内向整流钾通道（GIRKs），抑制电压门控钙通道（VGCCs）。

• Gq/11家族：激活磷脂酶Cβ（PLCβ），水解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP₂）生成二酰甘油（DAG）和肌醇三磷酸（IP₃）。IP₃触发内质网钙释放；DAG激活蛋白激酶C（PKC）。

• G12/13家族：主要调控Rho GTP酶，影响细胞骨架重排和基因表达。

3. 在神经系统中的功能与例证
代谢型受体广泛分布于突触前、后膜及胶质细胞，实现多层次调控：

• 突触前调节（自身/异身受体）：

  • 抑制递质释放：Gi/o偶联的受体（如GABA_B， 腺苷A1， 多巴胺D2， 代谢型谷氨酸受体第II/III组）通过抑制VGCCs或直接作用于释放机器，负反馈调节递质释放。

  • 促进递质释放：Gs偶联的受体（如β-肾上腺素能受体）可增强释放。

• 突触后调节：

  • 慢速兴奋/抑制：Gq偶联受体（如代谢型谷氨酸受体第I组， 毒蕈碱型乙酰胆碱受体M1）通过关闭钾通道或调节非选择性阳离子通道产生缓慢的兴奋性电位。Gi/o偶联受体则通过激活GIRKs产生缓慢抑制性电位。

  • 调控突触可塑性：是诱导多种形式长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）的关键。例如，海马的代谢型谷氨酸受体依赖的LTD，小脑平行纤维-浦肯野细胞突触的mGluR1依赖的LTD。

  • 调节神经元兴奋性：通过调节离子通道，改变神经元的输入电阻和放电模式。

• 神经调质系统的主体：多巴胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺、乙酰胆碱（毒蕈碱型）、神经肽等主要通过代谢型受体发挥其广泛、持久的调节作用。

• 星形胶质细胞信号转导：星形胶质细胞表达多种代谢型受体（如mGluR5， P2Y），其激活引发的钙信号是胶质细胞钙波和神经血管耦合的起点。

4. 药理学意义
GPCRs是人类基因组中最大的膜蛋白家族，也是最重要的药物靶点（约30-40%的上市药物作用于GPCR）。

• 激动剂：模拟内源性配体，激活受体。

• 拮抗剂：阻断内源性配体结合，抑制受体活性。

• 变构调节剂（Allosteric Modulators）：结合于受体的非正位结合位点，在配体存在时调节（增强或减弱）受体活性，通常具有更高的亚型选择性。

• 偏向性配体（Biased Ligands）：选择性激活受体下游特定信号通路（如偏向激活G蛋白通路而非阻遏蛋白通路），可能带来更佳的治疗效果和更少的副作用。

5. 研究方法

• 药理学：使用特异性激动剂/拮抗剂研究受体功能。

• 分子生物学：克隆、异源表达、定点突变研究结构-功能关系。

• 生化分析：检测第二信使（cAMP， IP₃， 钙离子）水平、蛋白磷酸化状态。

• 电生理学：记录受体激活引起的慢突触后电位或对离子通道的调制。

• 成像技术：使用钙成像、cAMP或PKA活性报告基因研究受体信号时空动态。

• 转基因/基因敲除动物：在体研究特定受体的生理功能。

6. 疾病关联
代谢型受体功能异常与几乎所有神经系统疾病相关：

• 精神分裂症：与多巴胺D2、谷氨酸mGluR2/3、5-羟色胺受体异常相关。

• 抑郁症/焦虑症：与5-HT1A、去甲肾上腺素β受体、CRF1受体等相关。

• 阿尔茨海默病：毒蕈碱型乙酰胆碱受体（M1）功能减退；mGluR5参与Aβ毒性。

• 帕金森病：多巴胺D2受体是治疗靶点。

• 药物成瘾：多巴胺、阿片、大麻素受体系统被劫持。

• 癫痫：GABA_B、腺苷、mGlu受体参与发作调控。

• 疼痛：代谢型谷氨酸受体、大麻素受体、阿片受体是重要靶点。

关键词（Keywords）

• 代谢型受体 Metabotropic Receptor

• G蛋白偶联受体 G Protein-Coupled Receptor (GPCR)

• G蛋白 G Protein

• 第二信使 Second Messenger (cAMP, IP₃, DAG)

• 信号转导 Signal Transduction

• 神经调质 Neuromodulator

• 变构调节剂 Allosteric Modulator

参考文献

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