胰高血糖素受体

胰高血糖素（GCG; 138030 ）的生理作用是通过胰高血糖素受体（GCGR）介导的，GCGR 是受体超家族的成员，其特征是具有 7 个跨膜结构域结构并通过 GTP 结合蛋白（G 蛋白）与腺苷酸偶联环化酶（Menzel 等人，1994 年总结）。

▼ 克隆与表达

杰利内克等人（1993）克隆了大鼠胰高血糖素受体 cDNA。Menzel 等人使用大鼠 GCGR cDNA 作为模板（1994）克隆了部分人类 GCGR cDNA，该 cDNA 编码与大鼠同源物具有 91% 序列同一性的推断蛋白质。

洛克等人（1994）通过聚合酶链式反应和菌落杂交的组合，从肝脏 cDNA 文库中分离出编码完整功能性人胰高血糖素受体的 cDNA。他们发现推导出的 477 个氨基酸的蛋白质与大鼠胰高血糖素受体具有 80% 的序列同一性，结合（125-I）标记的胰高血糖素，并转导导致细胞内环 AMP 浓度增加的信号。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Menzel 等人（1994）将 GCGR 基因定位到 17q25。在该基因中鉴定了一个 Alu 可变 poly（A） DNA 多态性。在 CEPH 家族研究中使用多态性表明多态性与定位于远端 17q 的标记之间存在联系。

通过原位杂交，Lok 等人（1994）将 GCGR 基因座对应到 17q25。

▼ 基因结构

洛克等人（1994）确定 GCGR 的编码区跨越 5.5 kb 并被 12 个内含子中断。人类 DNA 的 Southern 印迹分析表明存在单个 GCGR 基因座。

▼ 生化特征

晶体结构

为了了解人类 GCGR 对其天然配体的分子识别，Siu 等人（2013）报道了人类 GCGR 的 7 跨膜螺旋结构域的晶体结构，分辨率为 3.4 埃，辅以广泛的定点诱变，以及与 GCGR 结合的胰高血糖素混合模型。除了共有的 7 个跨膜折叠之外，GCGR 跨膜结构域偏离了 A 类 G 蛋白偶联受体，具有一个大的配体结合口袋，第一个跨膜螺旋具有一个在膜。柄相对于膜定位细胞外结构域以形成胰高血糖素结合位点，该位点捕获肽并促进胰高血糖素的氨基末端插入7-跨膜结构域。

张等人（2017）报道了全长 GCGR 的 3.0 埃晶体结构，其中包含处于非活性构象的细胞外结构域和跨膜结构域。这两个结构域由一个称为茎的 12 个残基片段连接，该片段采用 β 链构象，而不是像先前解决的 GCGR 跨膜结构域结构中观察到的那样形成 α 螺旋。第一个细胞外环呈现β-发夹构象并与茎相互作用形成紧凑的β-折叠结构。氢-氘交换、二硫化物交联和分子动力学研究表明，茎和第一个细胞外环在调节肽配体结合和受体激活方面具有关键作用。

张等人（2018）报道了与胰高血糖素类似物和部分激动剂 NNC1702 复合的全长 GCGR 的 3.0 埃分辨率晶体结构。这种结构提供了 GCGR 和肽配体之间相互作用的分子细节。它揭示了胰高血糖素受体的细胞外结构域和跨膜结构域之间的相对方向与先前解决的无活性 GCGR-NNC0640-mAb1 复合物结构相比发生了显着变化（Zhang 等人，2017 年）。值得注意的是，茎区和第一个细胞外环在肽结合过程中二级结构发生主要构象变化，与肽形成关键相互作用。张等人（2018）进一步提出了胰高血糖素受体激活的双结合位点触发模型，该模型需要茎、第一个细胞外环和跨膜结构域的构象变化，扩展了对 BG 类蛋白偶联受体的 2 结构域肽结合模型的理解。

低温电子显微镜

使用低温电子显微镜，乔等人（2020）确定了与胰高血糖素结合的人类 GCGR 的结构和不同类别的异源三聚体 G 蛋白 Gs（见139320）或 Gi1（见139310）。这两种结构采用类似的开放式结合腔来容纳 Gs 和 Gi1。GCGR 的 Gs 结合选择性可以通过更大的交互界面来解释，但与 Gs 结合相比，某些特定的相互作用对 Gi 的影响更大。发现受体细胞内环的构象差异是关键的选择性决定因素。诱变和功能研究支持了传感器参与的这些区别。

▼ 分子遗传学

马瓦什病

在一位 65 岁的波斯妇女中，患有 Mahvash 病，之前Yu 等人曾报道过她（2008），周等（2009）鉴定了 GCGR 基因中的纯合突变（P86S; 138033.0002 ）。通过GCGR基因的直接测序鉴定突变。

在 3 名 Mahvash 病患者中，Sipos 等人（2015）鉴定了 GCGR 基因中的纯合或复合杂合突变（ 138033.0003 - 138033.0006 ）。一名患者（患者 3）有 2 个纯合突变（见138033.0006）。通过 GCGR 基因的 Sanger 测序和焦磷酸测序鉴定突变。

更大的等人（2016 年）在一名患有 Mahvash 病的 51 岁男性中发现了 GCGR 基因（ 138033.0007 ）中的纯合剪接位点突变。对源自患者的肝膜制剂以及瞬时转染突变 cDNA 的 COS-7 细胞的评估表明，该突变导致胰高血糖素结合和 cAMP 产生的丧失。

在一名 47 岁的 Mahvash 病患者中，Gild 等人（2018）在 GCGR 基因（D63N; 138033.0008 ）中发现了一个纯合错义突变。该突变通过全外显子组测序鉴定，并通过 Sanger 测序确认。未进行功能研究。

李等人（2018）在一名患有 Mahvash 病的 7 岁女孩中发现了 GCGR 基因（Phe320del; 138033.0009 ）中的 3 bp 纯合缺失。通过全外显子组测序鉴定并通过Sanger测序确认的突变在父母中以杂合状态存在。用缺失 Phe320 的突变 GCGR 转染的 HEK293 细胞不响应胰高血糖素产生 cAMP。

待确认的关联

有关 GCGR 基因变异与 2 型糖尿病（ 125853 ）之间可能关联的讨论，请参见138033.0001。

▼ 动物模型

为了检查胰高血糖素在葡萄糖稳态中的作用，Gelling 等人（2003）生成 Gcgr-null 小鼠。与对照动物相比，这些小鼠全天表现出较低的血糖水平并改善了葡萄糖耐量，但胰岛素水平相似。纯合无效小鼠显示出与出生后胰腺增大和胰岛增生相关的超生理胰高血糖素水平，主要是由于α细胞，在较小程度上是由于δ细胞增殖。他们还表现出肥胖和瘦素水平降低，但体重、食物摄入和能量消耗正常。数据表明胰高血糖素对于维持血糖正常和产后胰岛和α和δ细胞数量的正常调节是必不可少的。无效小鼠的瘦表型表明胰高血糖素的作用可能与全身成分的调节有关。

为了确定阻断胰高血糖素作用会在多大程度上逆转高血糖症，Sloop 等人（2004）给 db/db 和 ob/ob 小鼠和 ZDF 大鼠施用胰高血糖素受体反义寡核苷酸抑制剂，发现胰高血糖素受体表达降低、血糖正常化、葡萄糖耐量改善和胰岛素分泌保持不变。他们还注意到胰岛中活性胰高血糖素样肽-1（见138030 ）和胰岛素水平的血清浓度增加。斯洛普等人（2004）得出结论，胰高血糖素受体抑制剂通过降低肝葡萄糖产生和改善胰腺 β 细胞功能的双重作用来逆转糖尿病表型。

于等人（2011 年）研究了 2 到 12 个月大的 Gcgr 缺失小鼠的胰腺。2个月大时，胰腺有正常的胰岛细胞形态，但胰岛主要由α细胞组成。在 5 到 7 个月大时，胰腺中出现发育不良的胰岛。在 10 至 12 个月大时，所有胰腺均可见微 PNET，部分胰腺可见肉眼 PNET，非肿瘤区有大量发育不良的胰岛。大多数 PNET 是胰高血糖素瘤，但有些没有功能。肝脏转移不常见，仅见于粟粒状。于等人（2011）发现在胰腺内分泌细胞中几乎检测不到细胞凋亡，并且新生可能是观察到的α细胞增生的主要机制。Gcgr-null 小鼠在 3 个月大后体重没有明显增加，皮下和内脏脂肪很少。

为了理解为什么 GLP1（见138030）类似物会导致胰腺增殖和发育异常，Yu 等人（2014）检查了 Gcgr-null 小鼠的胰腺外分泌增殖。与 2 至 3 个月大的野生型和杂合子小鼠相比，Gcgr-null 小鼠的外分泌胰腺增殖高 2 倍。在 12 个月大时，所有 3 种小鼠基因型的增殖均降至相似水平。无论基因型或年龄如何，细胞凋亡都很罕见。在老 Gcgr-null 小鼠（平均 18.7 个月）中观察到外分泌胰腺增生，但没有发育异常，导致Yu 等人（2014）得出结论，由于胰高血糖素分泌的抑制，GLP1 给药所见的外分泌胰腺增生和发育异常可能部分但不完全。

林等人（2020）利用CRISPR/Cas9基因编辑产生了Gcgr基因中具有纯合V369M突变的小鼠，相当于人类V368M突变（138033.0006）。与野生型小鼠相比，突变小鼠具有高胰高血糖素血症、α细胞增生、胰腺增大和肝脏重量增加。与对照相比，突变小鼠的肝细胞膜降低了胰高血糖素结合并减少了 cAMP 的产生。与野生型相比，突变小鼠还具有较低的空腹血糖水平、改善的葡萄糖耐量和肥胖减少。于（2020）评论说，这种突变小鼠是研究轻度 Mahvash 病的合适模型，进一步表征高龄胰腺形态和组织学对于了解疾病的进展很重要。

▼ 等位基因变体（ 9个精选示例）：

.0001 重新分类 - 胰高血糖素受体多态性
GCGR, GLY40SER
根据Hamosh（2020）对 gnomAD 数据库的审查，该变体原名为 DIABETES MELLITUS，TYPE 2，已被重新分类为多态性。

海格等人（1995）报道了胰高血糖素受体基因中的单个杂合 gly40-to-ser（G40S）突变与迟发性非胰岛素依赖性糖尿病（NIDDM; T2D; 125853 ）的关联。在一组法国和撒丁岛患者中，gly40-to-ser 突变显示与 NIDDM 相关（卡方 = 14.4，P = 0.0001）。在来自 9 个法国血统的 18 个兄弟姐妹中，发现了一些与糖尿病有关的证据。使用表达 G40S 突变的培养细胞进行的受体结合研究表明，该突变导致受体结合胰高血糖素的亲和力比野生型受体低 3 倍。

Chambers 和 Morris（1996）在 5% 的高血压患者和仅 1% 的对照组中发现了 G40S 突变，这表明在一部分高血压患者中，它或连锁不平衡中密切相关的基因中的突变是一个病因。

Hamosh（2020）在 gnomAD 数据库（2020 年 6 月 4 日）中发现 G40S 变体存在于 173,128 个杂合子中的 1,170 个和 5 个纯合子中，频率为 0.006758。

.0002 麻风病
GCGR、PRO86SER
在一名 65 岁的波斯女性中，患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）， Yu 等人之前曾报道过她（2008），周等（2009）鉴定了 GCGR 基因外显子 4 中的纯合 c.256C-T 转换，导致细胞外结构域中的 pro86-to-ser（P86S）取代。通过GCGR基因的直接测序鉴定突变。HEK293 细胞转染含有 GCGR 和 P86S 突变的质粒的功能研究表明，与野生型相比，突变型 GCGR 正确定位于质膜，但对胰高血糖素的亲和力较低。

.0003 马瓦什病
GCGR、1-BP INS、EX4
Sipos 等人对一名患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）的 25 岁男性（患者 1）进行了研究（2015）在 GCGR 基因的外显子 4 中发现了一个纯合的 1-bp 插入，导致移码和过早终止（Trp83LeufsTer35）。突变是通过桑格测序和焦磷酸测序对患者胰腺组织和血液中的 GCGR 基因进行的，他的父母被发现是突变携带者。来自德国南部和北部地区的 2,560 名个体或 dbSNP 和 Exome Variant Server 数据库中均不存在该突变。

.0004 马瓦什病
GCGR、ARG8TER
Sipos 等人对一名患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）的 43 岁女性（患者 2）进行了研究（2015）鉴定了 GCGR 基因中的复合杂合突变：外显子 2 中的 arg8-to-ter（R8X）和外显子 11 中的 gln327-to-ter（Q327X; 138033.0005 ）。这些突变是通过 GCGR 的 Sanger 测序和焦磷酸测序鉴定的来自患者的增生性胰高血糖素细胞和非肿瘤胰腺组织中的基因。来自德国南部和北部地区的 2,560 名个体或 dbSNP 和 Exome Variant Server 数据库中不存在这些突变。

.0005 马瓦什病
GCGR、GLN327TER
讨论Sipos 等人在患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）的患者中以复合杂合状态鉴定的 GCGR 基因中的 gln327-to-ter（Q327X）突变（2015），见138033.0004。

.0006 马瓦什病
GCGR、VAL368MET（ rs771824180 ）和 ARG225HIS（ rs371217388 ）
Sipos 等人对一名患有 Mahvash 病（MAVH; 619290 ）的 58 岁男性（患者 3）进行了研究（2015）鉴定了 GCGR 基因中的 2 个纯合突变：外显子 12 中的 val368-to-met（V368M）取代和外显子 8 中的 arg225-to-his（R225H）取代。通过 Sanger 测序和焦磷酸测序鉴定了这些突变GCGR 基因。来自德国南部和北部地区的 2,560 名个体中不存在这些突变。V368M 突变在 dbSNP 和 Exome Variant Server 数据库中不存在，R225H 突变在这些数据库中出现的频率很低。

李等人（2018）指出 V368M 突变是由 GCGR 基因中的 c.1102G-A 过渡引起的，而 R225H 突变是由 GCGR 基因中的 c.674G-A 过渡引起的。他们指出，在 gnomAD 数据库中的 1 个纯合子中发现了 V368M 突变（南亚人的次要等位基因频率为 0.026），在 2 个纯合子中发现了 R225H 突变（南亚人的次要等位基因频率为 0.175）。

林等人（2020）表明，在 Gcgr 基因中具有纯合 V369M 突变（相当于人类 V368M 突变）的小鼠表现出与 Mahvash 病相似的表型；见动物模型。

变体函数

林等人（2020）对 R225H 和 V368M 变体进行了体外分析。两种变体都表现出显着受损的胰高血糖素引发的 cAMP 生产。通过竞争性结合试验在 CHO 细胞中评估了每种变体的胰高血糖素结合，显示两种变体的亲和力和跨度显着降低。R225H也表现出异常的膜定位，其表面表达水平仅为野生型的52.58%，而V368M的表面表达水平要高得多（82.05%）。此外，V368M 对受体的表达水平或细胞定位没有显着影响。

.0007 马瓦什病
GCGR，IVS8AS，乔治亚州，-1
在一名患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）的 51 岁男性中， Larger 等人（2016）在 GCGR 基因的内含子 8（IVS8-1G-A）的 -1 位发现了一个纯合 GA 转换，预计会导致移码和过早终止。该突变是通过对 GCGR 基因的测序发现的。来自患者肝脏的 GCGR cDNA 测序显示转录本比野生型短约 70 bp。对源自患者的肝膜制剂以及瞬时转染突变 cDNA 的 COS-7 细胞的评估表明，该突变导致胰高血糖素结合和 cAMP 产生的丧失。

.0008 马赫什病
GCGR、ASP63ASN
在一名患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ）的 47 岁男性中， Gild 等人（2018）鉴定了 GCGR 基因外显子 4 中的纯合 c.187G-A 转换，导致 asp63 到 asn（D63N）取代。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序确认。未进行功能研究。该患者的临床特征包括高钙血症、α细胞增生和伴有转移性疾病的肿瘤。

.0009 马瓦什病
GCGR，3-BP DEL，NT958
在一个 7 岁的印度女孩，由近亲所生，患有 Mahvash 病（MVSH; 619290 ），Li 等人（2018）鉴定了 GCGR 基因中的纯合 3-bp 缺失（c.958_960del, NM_000160.3），导致 Phe320（Phe320del）缺失。该突变是通过全外显子组测序发现的，并通过 Sanger 测序确认。父母被证明是突变携带者。该突变在 gnomAD 数据库中作为单个等位基因存在。用突变体 Phe310del GCGR 转染的 HEK293 细胞没有响应胰高血糖素产生 cAMP。