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第05章 信号转导与肿瘤 .doc
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    第五章 信号转导与肿瘤

    信号转导(signal transduction):细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)结合,引发一系列生物化学反应,直至细胞生理反应所需要基因表达开始的过程。

    第二节基本组成

    一、细胞外因子

    刺激细胞增殖的因子:

    1.生长因子(8rowthfactor)这是一大类种类繁多,以刺激细胞生长为其特征的多

    肽,因它们的生理作用而伤名。它们的共同特点是:

    ① 生长因子受体都具有酪氨酸激酶活性;

    ② 特异性,基本上海一种细胞生长因子都有与之相对应的受体

    ③ 多样性,一种细胞生长因子与受体结合后,大多数都能激活多种不同的传导通路。

    ④ 家族性:许多生长固子结构相似,生理功能相近,所以归纳成为一个家族

    ⑤ 交叉性,虽然生长因子与其受体的结合基本上恪守特异专一的原则,但是部分生长因子能与二种以上的不同受体结合,这在同一家族的成员中更为多见。

    2.细胞因子(cytokine)细胞因子种类多样,家族亦不少,且功能各异。最主要的家族有白介素、血细胞刺激因子、干扰素等。对于刺激细胞生长,这类因子虽没有生长因子那么重要,但对于特异的细胞(如淋巴细胞等),它们的作用(如白介素)对于细胞生长、活化还是极其重要和有决定陛的。这一类因子最主要的特点就是,它们的受替本身都不具有激酵活性。

    3.激素、神经递质等这是目前所知种类最多的一类可以刺激细胞生长的细胞外因子。尽管它们的种类繁多,结构各异,分子大小相差悬殊,但它们矗显著的共同特点是,通过G蛋白联接受体传递信号。为人们熟知的代表有生长激素、乙酰胆碱、肾上限素等。

    其它重要的细胞外因子

    1抗原各种外源性或内源性抗原可通过与淋巴细胞膜受体结合,刺激淋巴细胞活化,进一步引起免疫效应。

    2.肿瘤坏死因子:近年来,被人们发现的TNF家族成员越来越多,它们的主要生理功能是引起细胞凋亡(apoptosm)。

    3.粘附分子(adhesionmolecules)细胞与细胞、细胞与基质(mamx)的相互粘附作用不仅是胚胎发育所必需,而且在炎症、伤口愈合以及免疫反应等过程中发挥重要作用。已知胞外基质中主要的粘附因子有纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原蛋白等。

    二、受体

    (一)酪氨酸激酶受体

    大多数细胞生长因子的受体都含有酪氨酸激酶的肽链序列。所以,这类受体通称酪氨酸激酶受体。细胞外的一段糖甚化肽链,是与配体(1igand)结合的部位;中间是单一的及疏水性的跨膜区;然后是具有酪氨酸墩酶活性的膜内区。

    根据肽链序列的相似性和其他一些结构上的特点,这些受体被分成若干家族:

    * 第一类以上皮生长因子受体(EGFR)为代表,特点是受体的膜外部分具有二个半胱氨酸富集区。

    * 第二类是胰岛素受体(insulin-R)家族:特点是受体的膜外区有二硫键,可以把受体的不同亚基相互连接起来。

    * 第三类是血小板衍生的生长因子受体家族(PDGFR):其特点是膜外部分有5个与免疫球蛋白相似的区域,膜内的激酶活性区不是连续的,* 第四类是纤维细胞生长因子受体(FGFR)家族:与PDGF受体极为相似,所不同的是膜外只有3个与免疫球蛋白相似的区域,膜内的激酶活性区也是不连续的。

    * 第五类受体的特点是膜外区具有类似Fibronectin Ⅲ型的重复序列。它们包括EPH、ECK、ELK,* 第六类是神经细胞生长因子受体(NGF-R,即TRK)家族,这些受体的特点是膜外有二个与免疫球蛋白相似的区域,二个半胱氨酸富集区和一个亮氨酸富集区。

    * 第七类是肝细胞生长因子受体家族:它们的特点是,膜外氨基端一小段肽链经过蛋白酶水解后,再通过二硫键与受体相联。这一水解和再联接过程对于保证配体与受体结合是必需的。

    * 第八类是血管内皮生长因子受体家族:与PDGFR相似,但膜外区有7个IG相似区域,膜内激酶区也是不连续的

    * 迄今被发现的酪氨酸激酶受体已经超过50个。除了结构相似外,这些受体的激活方式和作用机制亦基本相似

    (二)G蛋白联接受体

    * 大多数激素、神经多肽、神经递质的受体都是G蛋白联接受体。

    * 这一类受体与酪氨酸激酶受体构成传导细胞生长信号的最主要的两条通路。

    * 与酪氨酸激酶受体不同的是,G蛋白联接受体有7个跨膜区(所以有时被人称之为七次跨膜蛋白受体,R7G)。

    * 受体本身没有激酶活性,膜内区与经典G蛋白(即?、?、?三联体)相偶联。这类受体通过G蛋白传导信号,因而得名。

    * G蛋白是指那些需要结合三磷酸鸟苷酸(GTP)后才能发挥功毖的蛋白。

    (三)细胞因子受体

    * 淋巴细胞表面受体(TCR,BCR);

    * 白介素受体

    * 诱发细胞凋亡受体(Fas,TNF受体等)

    (四)粘附因子受停

    * Cadherins;

    * Integrins;

    * Ig超家族;

    * Selectin。

    三、联结蛋白

    * 联结蛋白(或称之为联结子,adaptor)本身并不具有任何催化活性。

    * 在细胞的信号传导过程中,蛋白与蛋白的相互作用始终是最主要的方式之一。

    * 诸如生长因子与受体结合,受体与膜内其它蛋白结合,蛋白激酶与蛋白激酶结合形成激酶链等。

    * 与信号传导密切相关的典型的蛋白结合区域主要有:SH2区、SH3区、PH区以及Death Domain(DD)等等。

    SH2区:

    * 最初从癌基因产物Src蛋白鉴定出来,Src-homology Domain 2,从而得名。

    * SH2区的功能是特异地结合磷酸化的酪氨酸。

    * SH2区和磷酸化的酪氨酸结合以后所产生的生化效应主要有:

    * 使酶定位到膜上,以靠近它的底物;

    * 促使底物靠近它的催化酶并定位;

    * 直接调节酶的生物活性

    SH3区:

    * 和SH2区一样,也是从癌基因产物Src蛋白鉴定出来,Src-homology Domain 3,从而得名。

    * 能够特异地识别和结合一些脯氨酸富集区

    * 和SH2区一样,SH3区也是高度保守的。

    * 一旦SH3区和它相应蛋白的脯氨酸富集区结合后,也能产生诸如使蛋白定位于相应的区域;调节并激活酶的催化活性等效应。

    * 大部分的联结蛋白同时含有SH2区和SH3区,有些联结蛋白甚至含有一个以上的SH2区或SH3区。

    * 具有SH2区和SH3区的联结蛋白就能很快地使不同结构,不同功能的蛋白组成一个复合物,将膜受体接收的膜外生长因子、激素等刺激细胞生长的信号迅速地传递到膜内,启动和激活膜内其它一些传导通路。

    PH区:

    一般认为PH区与介导G蛋白的??亚单位的生物功能以及与PIP2磷脂结合等有关

    Death Domain:

    * 在TNF受体超家族成员的膜内区,以及介导细胞凋亡的一些联结蛋白中,普遍存在的特殊结构区域。

    * 通过Death Domain的介导,细胞内的Caspase系统和其他激酶通路才能有序地被激活,从而完成细胞凋亡的过程。

    四、G蛋白

    (一)经典G蛋白

    * 与G蛋白联接受体耦联的G蛋白,一般称之为经典G蛋白或称之为大G蛋白。

    * 它们由三个亚单位共同构成,即???

    * 可以将其分成四个功能组:

    * Gs:激活腺苷酸环化酶,使细胞内cAMP增多

    * Gi:抑制腺苷酸环化酶,使细胞内cAmP减少;

    * Gq:激活PLC-?,产生DAG和IP3

    * G12:联接何种效应子尚未明了

    (二)小分子量G蛋白

    小分子量G蛋白相对经典G蛋白而言。

    Ras基因是被克隆分离的第一个人类癌基因,它具有高度的保守性。

    Ras蛋白的功能:

    * 和所有的G蛋白一样,Pas蛋白也是要与GTP结合后才具有生物活性。

    * 点突变后的Ras癌蛋白,持续滞留在GTP的活性状态,过度激活细胞内的许多通路,从而造成细胞正常生长调控的紊乱。

    * Ras蛋白在沟通受体与胞浆内激酶联系的枢纽作用。

    * 受体激活后,能通过一些Adaptor(如Grb2等)与Sos形成复合物。

    * Sos是Ras蛋白的激活蛋白,它能催化Pas蛋白与GDP分离,从而使Ras与GTP相结合变成活化状态。

    * Ras活化后,最重要的作用之一就是与另一个癌基因产物c-Raf蛋白结合,将蝣离在胞浆的raf蛋白引至膜上。由激酶将Raf蛋白激活。

    * Raf蛋白本身是一个丝氨酸/苏氨酸激酶。一旦Raf激活后,就引发-串瀑布式的激酶链(kinase cascade)的活化。

    * 激酶链在胞浆中的最后-个激酶是MAP激酶。MAP激酶活化后,就将生长因子的信号带入细胞核,激活基因转录因子

    * 一般认为,大部分刺激细胞生长的信号,首先都汇典到Ras蛋白。这大概就是Ras基因在长期生物进化中高度保守,在几乎所有的细胞中都表达的原因。

    Ras蛋白的调控:调节Ras蛋白活性的主要有三大类因子。

    * 负调节因子:这是一类催化Ras蛋白或Ras相关蛋白GTP酶活性的蛋白,简称GAP。GAP蛋白催化与Ras结合的GTP水解,使得Ras类蛋白回复到静止状态。这一类因子主要有RasGAP、NFl、RapGAP、RhoGAP、RacGAP等。

    * 正调节因子:GTP/GDP交挟因子(或释放因子)。它们的作用是催化GDP与小G蛋白分离,从而使得小G蛋白与GTP结合并活化。这类因子主要有sos等。

    * 蛋白的异戊烯基化(prenylation)因子:这是一类修饰酶。小G蛋白的羧基端一般具有CAAX氨基酸序列。这段序列需要通过一些修饰酶的加工处理后,小G蛋白才能与细胞膜内表面的磷脂结合,从而发挥正常功能。

    小G蛋白的分类:已知的Ras相关基因至少可以分为Ras、Rho、Raf、Arf、Ran等六个亚家族。

    五、第二信使

    * 第二信使是相对细胞外的第一信号(即生长因子、激素等)而言。一般是指由刺激细胞生长的生长因子等与受体结合后,在细胞内产生的具有生物活性的一些小分子。迄今得到公认的第二信使分子主要有:cAMP和cGMP、DAG和IP3钙离子等。

    * 第二信使分子大多是通过激活G-蛋白联结受体产生。

    1. 如与G?s耦联的受体被激活后,C?s与GTP结合就能激活腺苷酸环化酶,使细胞内的cAMP增加。

    2. 而C?i活化后,能抑制腺苷酸环化酶,使细胞内的oAMP减少。

    3. G?q活化后,激活磷脂酶C-?(PLC?),水解膜磷脂产生DAG和IP3,IP3可使细胞内钙离子浓度增高。

    4. G蛋白联结受体激活后,产生的游离??二联体也可激活腺苷酸环化酶的同工酶、PLC-?的同工酶、磷脂酶A2(PLA2)、PI-3激酶等。

    5. PLA2水解膜磷脂产生花生四烯酸。花生四烯酸经过进一步代谢,能生成许多具有生物活性的小分子(如前列腺素等)"。

    * 有些酪氨酸激酶受体激活后,能激活PLC-?,同样能产牛DAG和IP3。还能激活PI3激酶,* 第二信使产生后,主要是通过激活胞浆内的一些激酶将信号继续传递下去。如cAMP能激活PKA;cGMP能激活PKG;DAG可以激活PKC;Ca2+离子与钙调蛋白结合后,能够激活许多激酶,胞浆内的这些激酶大都属于丝氨酸/苏氨酸激酶。

    * 除了激活胞浆激酶外,几个重要的第二信使,还可以通过结合一些小G蛋白的交换因子,激活或者抑制Ras蛋白的活性,使得信号通过Ras蛋白讲一步传递下去

    六、胞内激酶

    (一)MAP激酶的名称:

    胞浆内的激酶大多是丝氨酸/苏氨酸激酶。与细胞生长关系最密切,亦是近年国际前沿研究最多的是MAP激酶通路(mitogen activated protein kinase pathway,MAPK Pathway)。MAPK家族中第二个重要的激酶JNK(c-Jun N-terminal kinase,JNK)同时又叫SAPK(stress-activaed protemkinase,SAPK)。

    (二)MAPK的特性和生物功能

    * MAPK是丝氨酸/苏氨酸激酶。

    * 但它需要被一类双向特异性激酶所激活,即MAPK本身需要丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸同时磷酸化,才具有100%的活性

    * 激活MAPK的激酶是MEK,即MAPK/Erk kinase(有时被人称为MAPKK)。MAPK传导通路很保守。

    * MAP激酶是MAP激酶传导通路中的重要中继站和枢纽,平时位于胞浆内,一旦被激活,迅速运到细胞核内,或者直接激活转录因子,或者激活另外一些蛋白激酵,启动或者关闭一些特定基因的转录,对刺激信号作出必要的反应,调节细胞的正常生命活动过程。

    * MAPK传导通路的粗犷模式途径是:生长因子?受体?小G蛋白?启动MAPK链?MAPK?转录因子?生物效应。

    * 最好的例子为:EGF?EGFR?Ras?c-Raf?MEK?MAPK?TCF?细胞生长。

    (三)MAPK的分类

    已知MAPK家族至少有6个亚家族,但研究得比较详尽的是三个,即Erk,JNK/SAPK

    和p38(HOG),* Erk激活与细胞增殖有关;

    * JNK/SAPK激活与细胞应激,细胞凋亡有关

    * p38激活与炎症反应有关等。

    (四)胞浆内其他的激酶通路

    * MAPK并不是胞浆内唯一的激酶传导通路。

    * 其他还有,由环化核苷酸(如cAmP,cGMP等)激活的PKA、PKG;

    * 由DAG激活的PKC;

    * 由钙离子和钙调蛋白激活的CAMK;......(后略) ......