1、第九章 细胞信号转导,第一节 细胞信号转导概述第二节 细胞内受体介导的信号传递第三节 G蛋白偶联受体介导的信号转导第四节 酶连受体介导的信号转导第五节 其他细胞表面受体介导的信号通路第六节 信号的整合与控制,第一节 细胞信号转导概述,一、细胞通讯（cell communication）： 是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。 细胞信号转导是细胞间实现通讯的关键过程，它对于多细胞生物体细胞间功能的协调、控制细胞的分裂、生长等过程都是必需的。(一) 细胞通讯的方式：分泌化学信号 细胞间接触性依赖 细胞间形成间隙连接,化学通讯是间接的细胞通讯，指细胞分泌一些化学物质（如
2、激素）至细胞外，作为信号分子作用于靶细胞，调节其功能。根据化学信号分子可以作用的距离范围，可分为 4 类：,细胞分泌化学信号的作用方式,1. 内分泌：内分泌细胞分泌的信号分子（激素）随血液循环输至全身，作用于靶细胞。其特点是：低浓度；全身性，随血液流经全身，但只能与特定的受体结合而发挥作用；长时效，激素产生后经过漫长的运送过程才起作用，而且血流中微量的激素就足以维持长久的作用。,2.旁分泌：细胞分泌的信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包括：各类细胞因子；气体信号分子（如：NO）,4.化学突触：神经递质（如乙酰胆碱）由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。,3. 自分泌：信
3、号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。如：大肠癌细胞可自分泌产生胃泌素，介导调节c-myc、c-fos和ras p21等癌基因表达，从而促进癌细胞的增殖。,细胞接触性依赖的通讯,这种通讯方式包括细胞-细胞粘着、细胞-基质粘着，属于接触依赖性通讯，它在胚胎发育、组织内相邻细胞的分化等过程中具有决定性作用。,细胞间隙连接通讯,通过胞外信号介导的细胞通讯通常涉及如下步骤：（1）产生信号的细胞合成并释放信号分子；（2）信号分子被运送至靶细胞；（3）信号分子与靶细胞受体特异性结合并激活之；（4）活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径；（5）引发细胞功能、代谢或发育的改变；（6）信号解除并导
4、致细胞反应终止。,信号通路(signaling pathway)：细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应，这一反应系列，称信号通路。,细胞识别是通过多种不同的信号通路实现,二、 信号分子与受体,1. 信号分子是能与细胞受体结合并传递信息的分子，是细胞信息的载体，包括多种化学信号和物理信号。化学信号可分为亲脂性和亲水性两类。亲脂性信号分子(甾类激素和甲状腺素)可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。亲水性信号分子(神经递质、细胞因子和水溶性激素)不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号转换机制
5、，通过胞内信使（如cAMP）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。,2. 受体（receptor）是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子，当它与配体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列反应过程，最终表现为生物学效应。受体多为糖蛋白，一般包括两个功能域：与配体结合的功能域和产生效应的功能域。受体与配体的结合有三个主要特征：特异性；饱和性；高度的亲和力。,根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞表面受体和细胞内受体。,细胞内受体介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内的甾体类激素受体。细胞表面受体介导亲水性信号分子的信
6、息传递，可分为：离子通道型受体、G蛋白偶联型受体和 酶偶联型受体等, 离子通道型受体, G蛋白偶联型受体,酶偶联型受体, Different cells can respond differently to the same extracellular signal molecule,对多细胞生物而言，一个细胞经常暴露于上百种以不同状态存在的信号分子的环境中，细胞对外界特殊信号分子的反应能力取决于细胞是否具有特殊的受体。不同细胞对同一化学信号分子可能具有不同的受体，因此，不同的靶细胞以不同的方式应答于相同的化学信号。,Each cell is programmed to respond to
7、specific combinations of exreaceluular signal molecules,暂时将受体移到细胞内部，即受体隔离（receptor sequestration）通过内吞作用，将受体转移到溶酶体中降解，即受体下行调节（receptor down-regulation）修饰或改变受体，如磷酸化，使受体与下游蛋白隔离，即受体失活(receptor inactivation)。,受体的调节,3. 第二信使,细胞外信号分子称为第一信使（primary messenger）；第一信使与细胞表面的受体作用后，在胞内最早产生的信号分子称为第二信使。目前公认的第二信使有cAMP
8、、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），第二信使的作用是对胞外信号起转换和放大的作用。 Ca2+被称为第三信使，因为其释放有赖于第二信使。,由Sutherland提出的第二信使学说的内容：激素是第一信使，它可与靶细胞膜上具有立体构型的专一性受体结合；激素与受体结合后，激活膜上的腺苷酸环化酶系统；在Mg2+存在的条件下，腺苷酸环化酶促使ATP转变为cAMP，cAMP是第二信使，信息即由第一信使传递给第二信使；cAMP激活无活性的蛋白激酶A(PKA)，引起细胞内多种蛋白质发生磷酸化反应，从而引起靶细胞各种生理生化变化。,糖原磷酸化酶,肾上腺素,血糖增多,糖原分解,EarlW. Sut
9、herland,1971年，Sutherland 因对cAMP的研究，阐明了其功能并提出第二信使学说，获得诺贝尔医学-生理学奖。,糖原磷酸化酶激酶,蛋白磷酸酶,+,-,4.分子开关在细胞信号传导通路中有两类分子开关蛋白：靶蛋白的磷酸化与脱磷酸化和GTP酶开关蛋白,蛋白质的磷酸化与去磷酸化调节,蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性。细胞内任何一种蛋白质的磷酸化状态是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶两种相反酶活性之间的平衡决定的。,蛋白激酶(Protei
10、n kinase，PK)催化蛋白质的含羟基氨基酸(丝/苏和酪)的侧链羟基形成磷酸酯。作用有两个方面：其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性；其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。蛋白质磷酸酯酶(Protein phosphatase，PPase)催化被磷酸化蛋白的磷酸酯键水解而去磷酸化。,1992年 费希尔（EdmondH.Fischer，美国），克雷布斯（EdwinG.Krebs，美国）因为发现蛋白质可逆磷酸化作为一种生物调节机制的研究获得了若贝尔医学和生理学奖。,Edmond H. Fischer,Edwin G. Krebs,one knows where one tak
11、es off but one never knows where one will end up. - Fischer,三、信号转导系统及其特性,（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白1. 细胞表面受体介导的信号途径的反应步骤：信号分子与受体的特异性作用；胞外信号转化为胞内信号；信号放大；细胞反应由于受体的脱敏或受体的下行调节，启动了反馈机制从而终止或降低细胞反应。2. 信号传递链中涉及多种不同的信号蛋白。,（二）细胞内信号蛋白的相互作用细胞内信号的传递是依赖信号分子及信号蛋白间的相互作用来实现的。而信号蛋白间的作用涉及一系列模式结构域，如接头蛋白的SH2、SH3结构域等。（三）信号传递系统的
12、主要特征信号转导系统除了特异性、放大作用和信号终止或下行等特征外，还有细胞对信号的整合作用。细胞生活于大量信息存在的环境中，它必须整合不同的信息，通过自身的信号转导系统作出程序性反应，维持其生命活动的有序性。,第二节 细胞内受体介导的信号转导,一、细胞内受体及其对基因表达的调节 细胞内受体是一个大的蛋白超家族，其本质是激素激活的基因表达调控蛋白，它们有三个结构域。 在细胞内，这类受体往往与抑制性蛋白（如Hsp90）结合形成复合物，处于失活状态。当配体(如皮质醇)与受体结合后，将抑制性蛋白从复合物上解离下来，使受体的DNA结合位点暴露出来而被激活。,三个结构域：位于C端的激素结合位点，位于中部富
13、含Cys、具有锌指结构的DNA/Hsp90结合位点，以及位于N端的转录激活结构域。,甾类激素,甾类激素（steroid hormone）是亲脂性小分子，包括脊椎动物中的重要激素，即雄性激素，雌性激素，黄体激素和肾上腺皮质激素。它们可通过简单扩散跨越质膜进入细胞内。每种类型的甾类激素与细胞质内各自的受体蛋白结合。甾类激素受体有的位于细胞核内，有的位于细胞质内，也有个别受体在细胞膜上，如前列腺素。,甾类激素诱导的基因活化分为两个阶段：直接活化少数特殊基因转录的初级反应阶段，发生迅速；初级反应的基因产物再活化其他基因产生延迟的次级反应，对初级反应起放大作用。,NO是一种自由基性质的气体分子。NO产生
14、于血管内皮细胞和神经细胞，由一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase, NOS) 催化，以L-精氨酸为底物，以NADPH作为电子供体，生成NO和L-瓜氨酸。 NO生成后可快速扩散透过细胞膜，作用于邻近细胞。NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与NO的合成速度相关。,二.NO信号分子进入细胞直接与酶结合,NO 进入临近细胞，与鸟甘酸环化酶活性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性增强和cGMP合成增多。,鸟甘酸环化酶,NO 和cGMP在引起血管平滑肌舒张中的作用,乙酰胆碱血管内皮Ca2+浓度升高一氧化氮合酶NO平滑肌细胞鸟苷酸环化酶cGMP血管平滑肌细胞
15、的Ca2+离子浓度下降平滑肌舒张血管扩张、血流通畅。,1998年RFurchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。,Robert F. Furchgott,Louis J. Ignarro,Ferid Murad,Robert F Furchgott, pharmacologist in New York, studied the effect of drugs on blood vessels but often achieved contradictory results. The same drug sometimes caused a contra
16、ction and at other occasions a dilatation. Furchgott wondered if the variation could depend on whether the surface cells (the endothelium) inside the blood vessels were intact or damaged. In 1980, he demonstrated in an ingenious experiment that acetylcholine dilated blood vessels only if the endothe
17、lium was intact. He concluded that blood vessels are dilated because the endothelial cells produce an unknown signal molecule that makes vascular smooth muscle cells relax. He called this signal molecule EDRF, the endothelium-derived relaxing factor, and his findings led to a quest to identify the f
18、actor.,Ferid Murad, MD and pharmacologist now in Houston, analyzed how nitroglycerin and related vasodilating compounds act and discovered in 1977 that they release nitric oxide, which relaxes smooth muscle cells. He was fascinated by the concept that a gas could regulate important cellular function
19、s and speculated that endogenous factors such as hormones might also act through NO. However, there was no experimental evidence to support this idea at the time.,Louis J Ignarro, pharmacologist in Los Angeles, participated in the quest for EDRFs chemical nature. He performed a brilliant series of a
20、nalyses and concluded in 1986, together with and independently of Robert Furchgott, that EDRF was identical to NO. The problem was solved and Furchgotts endothelial factor identified.,NO 在神经细胞中的作用,参与大脑的学习记忆生理过程大脑海马区长时程增强（long-term potentiation, LTP）是学习和记忆的分子基础。LTP的产生涉及神经元间突触连接重构。NO在重构过程中充当信号分子。NO 参与
21、LTP的过程：首先，神经某一递质作用于突出后膜，受体活化引起突触后神经元Ca2+内流，激活NOS，合成的NO逆行弥散至突触前膜，刺激谷氨酸递质不断释放，对LTP效应起维持和促进作用。,细胞表面受体介导的信号传递,离子通道偶联受体,G蛋白偶联受体,与酶连接的受体,离子通道型受体,离子通道偶联受体是一类配体门通道或递质门通道。神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。,第三节 G蛋白偶联型受体介导的信号转导,一、G蛋白偶联受体的结
22、构与激活,G蛋白：三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜胞质侧，由、三个亚基组成，和亚基通过共价结合的脂肪酸链锚定在膜上，亚基本身具有GTP酶活性，是分子开关蛋白。当配体与受体结合，三聚体G蛋白解离出亚基，并发生GDP与GTP交换和激活，结合到腺苷酸环化酶上。,为7次跨膜蛋白，受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域可与G蛋白结合。通过G蛋白调节相关酶活性，将胞外信号跨膜传递到胞内。,G蛋白偶联的受体,G蛋白偶联型受体包括多种蛋白。在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白偶联型受体。,由G蛋白偶联受体介导细胞信号通路主要包括：1.cAMP为第二信使的信号通路2.以肌醇-1，
23、4，5-三磷酸和二酰基甘油作为双信使的磷脂酰肌醇信号通路3.G蛋白偶联的离子通道的信号通路,二、 G蛋白偶联受体所介导的细胞信号通路,1. cAMP信号途径,cAMP信号途径的组分:激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）激活型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）；蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）；环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMPphosphodiesterase）,Gs调节模型,激素G蛋白偶联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录,腺苷酸环化酶的结构及功能,cAMP respons
24、e element-binding protein,无活性的蛋白激素A是由2个调节亚基和2个催化亚基组成的四聚体。每个催化亚基上有两个cAMP结合位点。 cAMP与PKA结合结合后释放催化亚基进入细胞核，从而发挥作用。,蛋白类激素A,肾上腺素能受体 胰高血糖素受体,激活Gs增加AC活性,cAMP,PKA,促进心肌钙转运心肌收缩力增强,增加肝脏糖原分解,进入核内PKA激活靶基因转录,使许多Pr特定Ser/Thr残基磷酸化从而调节物质代谢和基因表达,cAMP-PKA途径举例,可降解cAMP生成5-AMP，起终止信号的作用,cAMP磷酸二酯酶,Gi调节模型,Gi对腺苷酸环化酶的抑制作用可通过两个途径
25、：通过亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；通过亚基复合物与游离Gs的亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化,霍乱弧菌感染人体后，产生的霍乱毒素(一种毒蛋白)具有酶活性，可将NAD+上的ADP-核糖基团转移到Gs亚基上， 使G蛋白核糖化，这样抑制了亚基的GTPase活性，从而抑制了亚基上GTP的水解，使Gs一直处于激活状态。其结果使腺苷酸环化酶被锁定在活化状态，cAMP的形成失去反馈控制，引起Na+和水持续分泌到肠腔导致严重腹泄和脱水。,细菌毒素对G蛋白的修饰作用,生物学因素引起的信号转导异常1,百日咳则是由百日咳杆菌所引起， 该菌产生的百日咳毒素(pertussis toxin)同
26、样使G蛋白的亚基ADP核糖化。与霍乱毒素作用机理不同的是，百日咳毒素使Gi蛋白亚基进行ADP核糖化，阻止了Gi蛋白亚基上的GDP被GTP替代，使其失去对腺苷酸环化酶的抑制作用，其结果也是使cAMP的浓度增加。由于百日咳是经呼吸道感染的，被感染的细胞与呼吸系统相关，这些细胞中cAMP浓度的提高，促使大量的体液分泌进入肺，引起严重的咳嗽。,生物学因素引起的信号转导异常2,2. 磷脂酰肌醇途径,在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）两个
27、第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”（double messenger system）。,IP3与内质网上的IP3配体门钙通道结合而发挥作用。DAG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）,磷脂酶A？,磷脂酶B？,磷脂酶C,磷脂酶D,IP3与内质网膜上的IP3配体门控Ca2+通道结合，开启钙通道，使胞内Ca2+浓度升高，激活各类依赖钙离子的蛋白。,钙调蛋白(Calmodulin，CaM)是真核生物细胞中普遍存在的Ca2+应答蛋白，由148个氨基酸组成单链多肽。 CaM外形似哑铃, 有两个球形的末端,中间是一个长且富有弹性的螺旋结构,每端有两个Ca2+
28、结合结构域, 这样,一个钙调蛋白可以结合4个Ca2+。 CaM与Ca2+结合后再与靶酶结合将其活化。,在不同的细胞中，Ca2+-CaM复合物可以同CaM-蛋白激酶、cAMP磷酸二酯酶以及质膜中的Ca2+运输蛋白结合，将它们激活，进行信号的放大。钙调蛋白激酶是依赖Ca2+-CaM的特别重要的一类靶酶，动物细胞许多功能活动是由钙调蛋白激酶介导的。,DAG结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C（PKC）。PKC有2个功能区：亲水的催化中心和疏水的膜结合区。当细胞接受刺激，产生IP3，使Ca2+浓度升高。而以非活性形式分散于细胞质中的PKC便转位到质膜内表面，被DAG活化，活化的PKC可使底物蛋白
29、的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，使细胞产生相应的反应，如细胞分泌、细胞增殖和分化等。,IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。,Ca2+信号的解除,DAG信使作用可通过两种途径终止：（1）是被DAG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；（2）是被DAG酯酶水解成单酯酰甘油。由于DAG代谢周期很短，不可能长期维持PKC活性，而细胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活化所产生的效应。已发现另一种产生DAG的途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的DAG而不产生IP3，从而规避了长时间的高Ca2+浓度，而又维持了PKC的长期效应。,3. 其它G蛋白偶联型受体,气味
30、分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gated control channel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。,Richard Axel,Linda B. Buck,2004年，美国人Richard Axel和Linda B. Buck获诺贝尔生理与医学奖，他们发现气味受体和嗅觉系统的组成,机械信号-机械门控离子通道,机械信号（声） 耳蜗毛细胞纤毛弯曲毛细胞上机械门控离子通道开放 离子跨膜流动 耳蜗微音器电位,视紫红质,磷酸二酯酶,视紫红质（rhodopsin, Rh）为7次跨膜蛋白，
31、含一个11顺-视黄醛，是视觉感受器中的G蛋白偶联型受体，光照使Rh视黄醛的构象变为反式，Rh分解为视黄醛和视蛋白（opsin），构象改变的视蛋白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解。从而关闭钠通道，引起细胞超极化，产生视觉。,第四节 酶连受体介导的信号转导,一、受体酪氨酸激酶及RTK-ras蛋白信号通路二、细胞表面其他酶连受体 受体丝氨酸苏氨酸激酶 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶 酪氨酸蛋白激酶联系的受体三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导,一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通道,（1）受体酪氨酸激酶（RTKs），又称酪氨
32、酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要的受体家族，包括6个亚类，它们都仅有一个跨膜结构域。其胞外区是配体结合结构域，胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位。RTKs主要功能是控制细胞生长和分化，而不是调节细胞中间代谢。,配体在胞外与受体结合并引起构象变化，导致受体二聚化（dimerization）形成同源或异源二聚体，在二聚体内彼此相互磷酸化胞内段酪氨酸残基。,RTK-Ras信号通路,配体+RTKsAdaptor(GRB2)+GEFRasRaf(MAPKKK)MAPKKMAPK进入细胞核转录因子磷酸化基因表达变化,SH结构域（Src Homolog region）：指首先在原癌基因c-src 编码的S
33、rc蛋白中发现的几个高度保守的结构域。 Src蛋白是细胞膜上的酪氨酸蛋白激酶，其家族中其他蛋白与Src具有同源性的结构域称为Src Homolog region（SH结构域）。在Src蛋白中，SH就是它的激酶结构域。SH2结构域：约100个氨基酸组成，是介导信号分子与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合的区域。SH3结构域：约50100个氨基酸组成，是介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合的区域。,小G蛋白,小G蛋白（Small G Protein）因分子量只有2030KD而得名，与三聚体G蛋白不同，不是由、构成，而是单体分子，但同样具有GTP酶活性，在多种细胞反应中具有开关作用。第一个被发现的小G蛋白
34、是Ras，它是ras基因(rat sarcoma)的编码产物。另外还有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白亚基也属于小G蛋白。小G蛋白的共同特点：当结合GTP时即成为活化形式，作用于下游分子使之活化，当GTP水解为GDP时（自身为GTP酶）则回复到非活化状态。,（3）Ras蛋白,Ras(rat sarcoma )，为由190 aa组成的小G蛋白，具有GTPase活性，结合GTP时为活化态，而结合GDP时为态。Ras蛋白的激活要释放GDP，结合GTP，GDP的释放需要鸟苷酸交换因子（GEF）参与；Ras本身的GTP酶活性不强，需要GTP酶活化蛋白（GAP）的参与，使Ras结合的GTP水解而失活
35、。,4. Ras 信号途径,Ras蛋白的激活要释放GDP，结合GTP，GDP的释放需要鸟苷酸交换因子（GEF，如Sos）参与；Sos有SH3结构域，但没有SH2结构域，因此不能直接和受体结合，需要接头蛋白（如生长因子受体结合蛋白，GRB2）的连接，接头蛋白通过SH2与受体的磷酸酪氨酸残基结合，再通过与Sos的SH3结合，Sos与膜上的Ras接触，从而活化Ras。Ras本身的GTP酶活性不强，需要GTP酶活化蛋白（GAP）的参与，使Ras结合的GTP水解而失活，GAP具有SH2结构域可直接与活化的受体结合。,整个RasMAPK信号通路在胚胎发育，细胞分化、增殖、死亡等生物学过程中具有重要的调节作
36、用。MAPK家族是这一信号通路的重要成员。它包括了一系列蛋白激酶的级联反应：1.Ras与GTP结合后被激活，使Raf募集到细胞膜并与之结合，2.随后MEK、MAPK依次被磷酸化激活，3.MAPK 活化一些转录因子、蛋白激酶等，引发多种生物学效应。另外，Ras-GTP还可以通过MEKK来活化MEK。,Ras蛋白与Raf的N端结构域结合并使其激活，Raf是丝/苏蛋白激酶（称MAPKKK）；活化的Raf结合并磷酸化另一种蛋白激酶MAPKK，使其活化；MAPKK又使MAPK的苏氨酸和酪氨酸残基使之激活；MAPK为有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK），属丝氨酸/苏氨酸激酶。活化的MAPK进入细胞核，可使许
37、多转录因子活化，如将Elk-1激活，促进c-fos，c-jun的表达。,二. PI3K-PKB（Akt）信号通路,（一）PI3K-PKB(Akt)信号通路及其组成PI3K(磷脂酰肌醇-3-激酶)/丝苏氨酸蛋白激酶通路是膜受体信号向细胞内转导的重要途径，它们调节着细胞凋亡、生长以及一些重要基因的表达。该信号通路始于RTK和细胞因子受体的活化，产生磷酸化的酪氨酸残基，从而为募集PI3K向膜上转位提供了锚定位点。,PI3K既具有Ser/Thr激酶活性，又具有磷脂酰肌醇激酶活性，它由一个催化亚基(P110)和一个调节亚基(P85)组成。由于P85有一个SH2结构域，可与RTK和多种细胞因子受体的胞内段
38、磷酸酪氨酸结合，使P110被募集到膜附近，与其结合形成异二聚体，而使P110活化，催化膜上的磷脂酰肌醇-4-磷酸(PIP) 生成磷脂酰肌醇-3,4-磷酸(PIP2) ，催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2) 生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3)。这些磷脂酰肌醇-3-P为多种信号转导蛋白提供了锚定位点，从而介导多种下游信号通路。因此，PI3K-PKB信号途径可视为细胞内另一条与磷脂酰肌醇有关的信号通路，也是RTK通路衍生的通路。,Akt是反转录病毒癌基因v-akt的编码产物，与PKA和PKC有很高的同源性,也被称为蛋白激酶B(protein kinase B, PKB)，是一种分子
39、量约为60 kD的丝/苏氨酸蛋白激酶，由480 aa组成，除其中间的激酶结构域外，在其N-端还有1个PH结构域，可紧密结合PI-3,4-P2和PI-3,4,5-P3而转位到膜上，并使被PH结构域掩盖而抑制的催化位点暴露出来，再被PDK1和PDK2磷酸化而活化。完全活化的Akt从膜上解离下来进入细胞质和细胞核，使多种靶蛋白磷酸化，而对细胞行为产生广泛影响。,Akt/PKB普遍存在于真核生物的调控网络中，处于多条信号通路的重要交叉点上，有广泛的效应，如可促进细胞存活、改变细胞代谢、引起细胞骨架重组等。,(二) PI3K-PKB信号通路的生物学作用：1.促进细胞存活：活化的PKB可直接使前体凋亡蛋白
40、（如Bad）磷酸化产生短期效应以防止细胞凋亡。2.促进胰岛素刺激的葡萄糖摄取与储存。3.参与蛋白质的分选和内吞内化过程。在不同的细胞类型、不同的细胞分化时期、不同的实验条件下，PI3K-Akt通路和Ras-MAPK通路之间的相互作用都会十分明显地表现在这两条通路的不同阶段，这些为白血病和其他肿瘤的新治疗方案提供了重要的理论依据。,（三）TGF-受体及TGF-Smad信号通路转化生长因子（TGF-）是多种动物细胞合成和分泌的，以非活性形式储存在细胞外基质中结构相关的信号分子超家族，已发现有40多种，是一类作用广泛、功能多样的生长因子。 TGF-通过结合细胞表面酶联受体而发挥作用。尽管TGF-可以
41、诱发复杂而多样的细胞效应，但TGF-受体所介导的信号通路却又相对简单，都是通过直接磷酸化激活胞内的特殊类型的转录因子Smad，进入细胞核调节基因的表达。,第五节. 细胞表面其他酶连受体,（一）受体丝氨酸/苏氨酸激酶（receptor serine/ threonine kinases）是单次跨膜蛋白受体，在胞内区具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，该受体以异二聚体行使功能。主要配体是转化生长因子-s（transforming growth factor-s，TGF-s）家族成员，包括TGF-1-5.对细胞具有多方面效应.,（二）受体酪氨酸磷酯酶,受体酪氨酸磷酯酶（RTP）为单次跨膜蛋白受体，受体胞
42、内区具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配体与受体结合激发该酶活性，使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基去磷酸化。,（三）受体鸟苷酸环化酶,受体鸟苷酸环化酶（receptor guanylate cyclase）是单次跨膜蛋白受体，胞外段是配体结合部位，胞内段为鸟苷酸环化酶催化结构域。,配体与受体结合直接激活胞内段鸟苷酸环化酶的活性，使GTP转化为cGMP，cGMP作为第二信使结合并激活依赖cGMP的蛋白激酶G（PKG），导致靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化。除了与质膜结合的鸟苷酸环化酶外，在细胞质基质中还存在可溶性的鸟苷酸环化酶，它们是NO作用的靶酶，催化产生cGMP。,心房排钠肽（atr
43、ial natriuretic peptides，ANPs）和脑排钠肽（brain natriuretic peptides，BNPs）为该受体的配体。当血压升高时，心房肌细胞分泌ANPs，促进肾细胞排水、排钠，同时导致血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。介导ANP反应的受体分布在肾和血管平滑肌细胞表面。,（四）酪氨酸蛋白激酶联系的受体,该类受体本身不具有酶活性，但其胞内段具有与酪氨酸蛋白激酶的结合位点，即它的活性依赖于非受体酪氨酸蛋白激酶。这类受体是一大类异质性混合组分，包括生长素和催乳素的受体等。这类受体与配体结合后，通过与之相联系的酪氨酸蛋白激酶的活化，磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基来实现
44、信号转导。,细胞因子受体是细胞表面一类很重要的受体，它们由两条或多条肽链组成，其胞质结构域与酪氨酸蛋白激酶紧密结合。它们的活化机制与RTKs相似，所介导的胞内信号通路也多与RTKs介导的信号通路重叠。细胞内有30多种细胞因子和激素是细胞因子受体的配体，它们通过激活JAK-STAT信号通路来发挥作用。,JAK-STAT途径,JAK（Janus kinase）是一类非受体胞质酪氨酸蛋白激酶家族，已发现四个成员，即JAK1 、JAK2 、JAK3 和TyK2。每种与一特异细胞因子受体结合。JAK的直接底物中，有一类新的转录因子，称为信号转导子和转录激活子（STAT）， STAT具有SH2结构域和核定
45、位信号（NLS）。它可将细胞因子的信号从受体联系的Jak通过STAT的酪氨酸残基磷酸化等步骤，使活化的STAT发生二聚化，然后穿过核膜孔进入核内调节相关基因的表达，这条信号通路称为JAK-STAT途径（见下图）。,三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导,整联蛋白（integrin）是细胞表面跨膜蛋白，由两个亚基组成的异二聚体，胞外段具有与多种胞外基质组分（如纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖）结合的位点。与亚基间的不同组合可以形成多种不同类型的整联蛋白,The integrin family of adhesion receptors and their main ligands. There are 18
46、 alpha and 8 beta mammalian subunits which assemble to form 24 different heterodimers. Although integrins are the main receptors for ECM proteins, they can also bind cellular counter receptors (e.g. ICAMs, VCAM), soluble molecules (fibrinogen, complement components) and pathogens (e.g. viruses and b
47、acteria). Based on sequence alignments, functional properties or expression patterns, one can define different integrin subfamilies: the RGD-binding integrins (blue), the laminin-binding integrins (red), the leukocyte integrins (black), the I-domain-containing integrins (green), and the alpha4 sub-f
48、amily integrins. AG, role of this integrin in angiogenesis.,Proposed model of integrin structure and activation.,整联蛋白不仅介导细胞与胞外基质粘附，起结构整合作用，还介导信号转导途径，使细胞外环境得以调控细胞的生命活动。由整联蛋白介导的信号通路主要有三条：1. 粘着斑的装配；2. 由细胞表面到细胞核3. 由细胞表面到细胞质核糖体的途径。,粘着斑装配的信号从整联蛋白传递到Rho蛋白。Rho是一种小分子的G蛋白，在形态和结构上与Ras蛋白相似; 在功能上，Rho蛋白也是一种分子开关，决定信号是沿哪一条途径传递。在粘着斑的装配中，信号转导主要是调节应力纤维的装配。,（1）粘着斑的装配,肌球蛋白轻链磷酸酶,微丝结合蛋白,整联蛋白与细胞外基质的相互作用，导致整联蛋白簇集和定位在粘着斑结构中的酪氨酸激酶Src激活，活化的Src使粘着斑激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化，磷酸酪氨酸残基可结合具有SH2结构域的接头蛋白GRB2和胞内鸟甘酸交换因子Sos,进一步活化Ras，导致MAPK级联反应途径。,
