1、细胞信号转导障碍与疾病,第一节 细胞信号转导cellular signal transduction,第一节 细胞信号转导 当今世界上最受重视的学科是生命学科和信息学科，细胞信号转导事实上就是研究细胞生物学现象和生物大分子结构信息的二大内容混合。 细胞与细胞之间相互联系及细胞对外来刺激的反应是细胞生命活动的重要表现。它依赖于复杂细胞通讯网来完成，从而调控机体内每个细胞的生长、分化和物质代谢，以保证整个机体生命活动的正常进行。,一 概述,（一）概念： 将信号由细胞外传到细胞内，引起细胞内代谢和基因表达改变称为信号转导（signal transduction）。信号转导系统是由能接受信号的特定受体
2、，受体后的信号转导途径以及其作用效应所组成。,（二）细胞间信号传递类型： 1.直接接触型： 细胞间信号传递通过细胞膜结合分子的相互识别与粘合进行信息交流。介导这种作用的多数为细胞粘附分子及一些膜的糖被结构。它在免疫反应及个体发育中起作用。,2.直接联系型： 相邻的细胞通过细胞之间缝隙连接（ gap junction）进行信号传递。缝隙连接由相邻两个细胞膜的跨膜蛋白组成两个半通道对接而成，通道中间孔径为1.5-2nm。见于上皮、神经元、平滑肌、心肌等细胞之间信号传递。缝隙连接在细胞增殖调控，胚胎发育，代谢协调及神经细胞的电偶联传导等方面发挥重要作用。,如促甲状腺激素与甲状腺分泌细胞膜受体结合，使
3、细胞内cAMP、Ca2+增加，经过缝隙连接直接进入相邻细胞，其结果是激素刺激一个甲状腺细胞，可促使多个相邻细胞同时分泌。,3.间接联系型： 指大分子信息分子或相隔一定距离的细胞间信息交流。主要通过信息分子与靶细胞受体结合而进行信息传递。,细胞间信号传递过程包括以下步骤： 信号发放细胞合成和分泌信息分子。 信息分子到达靶细胞，靶细胞上特异受体接受信息分子。 信息分子与受体的复合物启动细胞内信号转导途径，并触发细胞代谢及基因表达改变。 信息分子去除，细胞反应终止。,二 细胞间信息分子 （一）概念： 由细胞合成和分泌，并能传递信息的一类化学物质。它能调节靶细胞的生命活动。 细胞间信息分子包括激素，生
4、长因子、细胞因子、神经递质及局部化学介质等。,（二）作用方式： 1.内分泌（endocrine） 体内特殊分泌细胞分泌的各种化学介质，如激素，通过血液循环输送到身体各个部分，被远距离靶细胞上受体识别，结合发挥作用。 2.旁分泌（paracrine） 细胞分泌信息分子只对邻近的靶细胞起作用。采用这种方式有神经递质（如神经元之间突触传递）及一些生长因子。 3.自分泌（autocrine） 细胞能对它们自身分泌信息分子起反应，即分泌细胞和靶细胞为同一细胞。许多生长因子能以这种方式起作用。,（三）分类： 1.亲水性： 包括大部分激素、生长因子、细胞因子及神经递质。它们不能穿过细胞膜，须与细胞膜上相应受
5、体结合，后将细胞外信息分子（第一信使）转换为细胞内信息分子（第二信使），然后通过一系列细胞内信号转导途径，将信号传递到效应器，产生相应的生物效应。,2.亲脂性： 能直接穿过细胞膜，如甾类激素、甲状腺素、前列腺素、1,25(OH)2D3。亲脂性信息分子的受体在细胞质或细胞核上。当它们与受体结合后，其复合物能与DNA特异区结合，调控基因表达，产生相应的生物效应。,（四）作用： 细胞间信息分子与靶细胞特异受体结合，改变受体的性质与作用，从而引发细胞内信号转导的级联反应，使靶细胞产生信息分子的效应，实现细胞间进行信息传递的作用。,三 受 体 （一）概念： 受体（receptor, R）是位于细胞膜和细
6、胞内的一些能识别和专一性结合相应配体，从而转导信息，使靶细胞产生各种生物效应的特殊蛋白质分子。 配体（Ligand, L）是能与相应受体特异结合，而发挥生物学作用的活性分子。包括激素、生长因子、细胞因子、神经递质、抗原、某些药物、毒物等。配体可分为激动剂和拮抗剂两大类。,（二）分类： 1.按配体种类分类： 可分为激素受体、药物受体、生长因子受体、细胞因子受体、抗原受体、毒物受体等。 2.按受体结构与功能关系分类： 可分为受体家族，指分子结构与功能相似的一组受体；受体超家族，指分子结构相似，但功能不同的一组受体。 3.按受体定位分类：可分为膜受体、细胞内受体。 4.按膜受体结构、信号转导方式不同
7、分类： 可分为配体门控离子通道型受体、G蛋白偶联受体、酪氨酸蛋白激酶型受体、酪氨酸蛋白激酶联系型受体、粘附分子等。,（三）受体的结构与功能： 1. 膜受体： 整合在细胞膜中受体称为膜受体。 膜受体一般为跨膜糖蛋白，具有胞外区、跨膜区及细胞内区三个功能区域。 有一些膜受体如1L-1、1L-2、1L-6、TNF、Fas及粘附分子不仅存在于细胞膜上，而且还可以可溶性形式存在于血液或体液中。,（1）配体门控离子通道型受体 ( ligand-gated irin channels receptors )： 此型受体由多个亚基构成，每个亚基有46个跨膜区，贯穿于质膜的受体中央有离子通道。当配体与受体结合，
8、变构调节通道开放与关闭，导致离子跨膜流动，从而将细胞外化学信号转为电反应，引起膜电位变化，从而转导信号。,这类受体主要在神经冲动传递中起作用。乙酰胆碱、谷氨酸、5羟色胺受体是控制K+、Ca2+、Na+阳离子通道。打开Na+通道,导致Na+内流，膜去极化产生兴奋作用。r-氨基丁酸A型与甘氨酸受体是控制CI-、HCO3-阴离子通道。打开CI-通道，导致CI-内流，膜超极化产生抑制作用。,（2）G蛋白偶联型受体 (G protein coupling receptors, GPCRs)： 这类受体由单一的多肽链构成，肽链含400-600个氨基酸残基。细胞外区位于受体N端，与配体相结合；跨膜区具有七次
9、跨膜的螺旋结构，故也称七次跨膜受体；细胞内区与鸟苷酸结合调节蛋白（guanine nucleotide binding regulatory proteins,G蛋白）偶联。 多种神经递质、肽类激素、生长因子等受体都属于此型受体。, G蛋白的结构： 由三个亚基组成的三聚体，结合在膜的胞质面，总分子量约100kD。亚基上具有受体结合位点，与G蛋白偶联的受体结合；具有鸟苷酸结合位点，可以结合GTP或GDP；具有腺苷酸环化酶结合位点，与腺苷酸环化酶结合；具有GTP酶活性，可将GTP水解成GDP。 亚基形成紧密的复合物，充当亚基在膜内侧的抛描点及调节亚基活性。亚基单独存在可激活磷酯酶A2活性，三聚体时
10、此作用消失。, G蛋白的分类： Gs蛋白能激活腺苷酸环化酶作用， Gi蛋白能抑制腺苷酸环化酶作用， Gq蛋白能激活磷脂酶C作用， Go蛋白能影响Ca2、Na+、K+通道， Gt蛋白能激活视觉作用， Golf蛋白能激活嗅觉作用。, G蛋白的作用： G蛋白作为受体与效应酶之间的信号转换器。以Gs蛋白为例介绍G蛋白作用途径，信息分子与G蛋白偶联的受体结合，受体构象发生改变，暴露出与Gs蛋白结合位点，与Gs蛋白亚基上受体结合位点结合，形成受体一Gs复合物，亚基上进行GTP取代GDP，从而将Gs蛋白激活，亚基从Gs蛋白三聚体中解离出来，并暴露出亚基上与腺苷酸环化酶的结合位点，亚基结合并激活腺苷酸环化酶(
11、效应酶)，催化ATP转变为cAMP。,亚基具有GTP酶活性，可催化GTP变成GDP，从而与腺苷酸环化酶脱离，腺苷酸环化酶失活，亚基与亚基再结合，G蛋白恢复原来状态，成为无活性G蛋白，G蛋白介导作用结束。 G蛋白上结合GTP-GDP的转换在激活-灭活效应酶中起了关键作用，G蛋白实际上是信号转导通路中的“ 开关蛋白”。此型受体主要参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控。,(3) 酪氨酸蛋白激酶型受体 (protein tyrosine kinase receptors )： 此型受体都是跨膜糖蛋白，胞外区位于质膜表面与配体结合区，跨膜区只有一个螺旋，细胞内区具有酪氨酸蛋白激酶(protein ty
12、rosine kinase,PTK)活性区及若干自身具有酪氨酸残基(Tyr)磷酸化位点。 这型受体的配体是细胞生长调节因子，如血小板源性生长因子(PDGF)，表皮生长因子(EGF)，成纤维细胞生长因子(FGF)，胰岛素、白介素等。,配体与受体结合后，可诱导受体膜外区构象改变，使受体发生二聚体。二聚体的受体中PTK被激活，从而能互相催化对方Tyr的磷酸化(自身磷酸化)，受体磷酸化后被激活。 自身磷酸化位点成为酪氨酸蛋白激酶底物的识别位点。当底物与它结合，可催化底物蛋白的特定Tyr磷酸化，从而通过级联式的磷酸化反应而使信号逐级转导和放大。此型受体主要参与细胞增殖分化、分裂及癌变。,目前已知PTK底
13、物蛋白都具有Src原癌基因家族同源区2（src homology domain 2, SH2）和SH3的结构域，SH2结构域能专一性地识别并结合酪氨酸磷酸位点，SH3结构域则能专一性地识别并结合脯氨酸序列。现已发现20多种参与细胞内信号转导的胞质蛋白和细胞骨架蛋白都含有SH2与SH3结构域，如RasGTP酶激活蛋白(GAP)、生长因子受体结合蛋白-2(GRB2)、磷脂酶C- (PLC-)、磷脂酰肌醇-3激酶(PI-3K)、Raf蛋白、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、非受体型PTK、信号转导子和转录激活子(STAT)家族等。,上述各类PTK的底物分子都可通过其含有的SH2结构域与PTK受体中酪氨
14、酸残基磷酸化位点的相应序列结合，在PTK的催化下底物分子酪氨酸磷酸化而被激活。因此酪氨酸残基磷酸化和去磷酸化状态决定了具有SH2结构域的下游底物分子的结合或解离状态，成为信号转导过程的开关。一旦这种控制机制某个环节失控，增殖信号途径得以持续开启，就会导致肿瘤的发生。,(4) 酪氨酸蛋白激酶联系型的受体 (protein tyrosine kinase-associated receptors)： 此型受体本身不具有酪氨酸蛋白激酶活性，其胞内区含有酪氨酸蛋白激酶的结合位点。当配体与受体结合后，受体亚基二聚化，使受体胞内域靠近，结合并激活胞质中具有酪氨酸蛋白激酶活性的另一类激酶(just anot
15、her kinase或janus kinase,JAK)的活性。,JAK激活后使受体上酪氨酸残基发生磷酸化，又能使含特定SH2结构域如信号转导子和转录激活子(signal transducer and activator of transcription, STAT)磷酸化。从而启动细胞内信号转导过程。这类受体的配体主要是细胞因子和生长因子，如生长激素、干扰素、白介素、集落刺激因子、红细胞生成素(EPO)等。参与细胞生长、分化和凋亡。,（5）细胞粘附分子 （cell adhesion molecule, CAM）： 它包括钙粘素、整合素、选择素、免疫球蛋白超家族及CD44等。它们介导同种或异种
16、细胞之间以及细胞与细胞外基质的连接。胞内区通过肌动蛋白结合蛋白与骨架中细肌丝相连，一方面加强了粘附力度；另一方面参与信号转导。如整合素与细胞外基质结合后可激活粘附斑激酶(FAK)，使多条信号转导通路激活，调节基因表达及细胞骨架的组装和收缩，从而参与细胞的增殖、分化和运动。,2.细胞内受体 (intracellular receptors) ： 存在于细胞质或细胞核上的受体。配体为小分子亲脂性物质，如甾体激素(性激素、糖盐皮质激素)、甲状腺素、1,25(OH)2D3、维甲酸等。胞浆内受体一般由一个以上激素结合亚基及两个热休克蛋白亚基相结合存在。激素结合亚基是受体主要部分，羧基端为配体结合部位，可
17、与亲脂性物质结合；中间区有一段DNA结合部位，富含半胱氨酸，与Zn2结合，可形成两个指头状的“ 锌指”结构，可与DNA上相应激素反应元件(HRE)结合；氨基端为可变区，与激活转录有关；,在配体结合部位与DNA结合部位之间还有与热休克蛋白结合的结构，热休克蛋白能识别进入核内信号的结构及激活转录的结构，参与激素结合亚基折叠成一定构象并稳定构象及发挥调控转录功能。当胞浆内受体与配体结合后，释放出热休克蛋白而被活化，并转入核内。,核内受体不与热休克蛋白结合，可能通过与共抑制因子（co-repressor）结合成复合体。当配体进入细胞核与相应受体结合后，与共抑制因子脱离，受体被激活。活化受体以二聚体形式
18、与靶基因DNA顺序上的HRE结合，并通过共刺激因子（co-activator）的架桥作用及在其他转录因子协同下调节基因转录，引起相应生物效应。,四 效应酶 (effective enzyme) 效应酶是指能把细胞外第一信使的信息转换为细胞内第二信使的酶。第二信使调节细胞内各种通路，从而表现出第一信使的生物效应。效应酶包括合成或降解第二信使的酶，改变膜电位或调节离子流动的通道以及膜转运蛋白。,(一) 腺苷酸环化酶( adenyl cyclase, AC)： 是一组跨膜糖蛋白，分子量110130KD。胞外区很小，跨膜区由两个含6个跨膜螺旋组成，胞内区有两个催化区，催化区可与G蛋白结合。AC激活或抑
19、制受G蛋白的调节。当肾上腺素、促肾上腺皮质激素、抗利尿激素(ADH)等活化激活性受体(RS)，可催化激活性G蛋白(Gs)，Gs激活AC，AC催化ATP转变为cAMP，细胞外信息分子的信息便转移到细胞内cAMP分子中，因此cAMP成为细胞内重要的第二信使。,当乙酰胆碱、肾上腺素、生长激素释放抑制因子、血管紧张素活化抑制性受体(Ri),可催化抑制性G蛋白(Gi)，Gi抑制AC，使细胞内cAMP降低。,(二) 鸟苷酸环化酶 ( guanylyl cyclase, GC)： 在脑、肺、肝及肾等组织中大部分是可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)，在小肠、精子及视网膜杆状细胞则大多数为结合型酶。GC激活间接地依赖
20、Ca2。Ca2通过激活磷脂酶C、磷脂酶A2使膜磷脂水解生成花生四烯酸，经氧化生成前列腺素而激活GC。激活的GC催化GTP转变为cGMP。,(三) 磷酸二酯酶( phosphodiesterase,PDE)： PDE可以分解第二信使 cAMP 为5AMP 、cGMP 为 5GMP ，使细胞内信号终止。 PDE的激活有三种可能： 可被Ca2+-CaM(钙调蛋白)复合物激活； 受一些激素调节，如胰岛素能激活脂肪细胞 内PDE，具有抗肾上腺素的脂解作用； 在个别组织可被cGMP变构激活。 此外某些药物如咖啡因、氨茶碱等能抑制PDE活性，从而提高细胞内cAMP水平。,(四) 磷脂酶类 ( phospho
21、lipase, PL)：磷脂酶C（PLC）： 生长因子、血管紧张素等信息分子与细胞膜上特异受体结合后，与Gq蛋白结合，激活细胞膜上磷脂酶C（PLC）。PLC催化膜内磷脂酰肌醇-4.5-二磷酸(PIP2)转变为三磷酸肌醇(1，4，5-inositol trisphosphate,IP3)和甘油二酯(diacylglycerol, DAG), 这样细胞外信息分子的信号通过磷脂酶C催化，转移到细胞内IP3和DAG分子中（ IP3和 DAG 属第二信使），并在细胞内进一步发挥其生理效应。,2.神经鞘磷脂酶 ( N-sphingomyelinase, SMase )： TNF、Fas L等与膜上特异受体
22、结合后，受体特定区与神经鞘磷脂酶结合，激活并催化细胞膜上神经鞘磷脂水解产生神经酰胺(ceramide ,CM)，神经酰胺是细胞内重要第二信使，参与多种细胞生物效应，尤其与细胞凋亡有关。 此外还有磷脂酶D（PLD）能催化磷脂酰胆碱(PC)转为DAG；磷脂酸A2(PLA2)能催化PIP2转变为花生四烯酸(AA)及溶血磷脂酰肌醇。 它们在膜结构的重塑、脂质代谢、免疫与炎症反应中发挥重要作用。,(五) 离子通道 (iron channels)： G蛋白调节离子通道有二种不同机制： 直接机制：接受 Go蛋白调节的 K、Ca2等离子通道。 间接机制：Gq蛋白通过激活PLC产生IP3，IP3可以打开内质网膜
23、上的Ca2通道； Gt可通过激活cGMP-PDE，水解cGMP为5GMP，关闭视杆细胞上Na通道； G蛋白还可启动细胞内磷酸化反应，通过对离子通道蛋白的磷酸化也可影响它的功能。,五 第二信使 (second messenger) 通过效应酶把细胞外信息分子的信号转换为靶细胞内信息分子，靶细胞内信息分子称为第二信使(second messenger)。它在信号的转导、放大过程中起着至关重要的作用，能进一步改变靶细胞内酶、蛋白质活性，调节细胞内各种代谢途径及基因表达，从而产生胞外信息分子的效应。,(一) cAMP： cAMP由AC水解ATP而获得，正常细胞内cAMP平均浓度为106mol/L，它对
24、细胞调节作用是通过激活依赖cAMP的蛋白激酶(蛋白激酶A，PKA)系统来实现的。蛋白激酶A是一个四聚体的酶，两个调节亚基(R)及两个催化亚基(C)，每个调节亚基上有2个cAMP结合位点，催化亚基具有催化底物蛋白质某些特定丝氨酸苏氨酸残基磷酸化的功能，使其活性改变，可调节细胞的物质代谢和基因表达。,PKA调节基因表达： 在基因的转录调控区有一类cAMP反应元件(cAMP response element, CRE)，它与CRE结合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB) 相互作用而调节此基因的转录。当PKA的催化亚基进入细胞核后可催化CREB
25、中133位丝氨酸残基磷酸化，使CREB形成同源二聚与DNA上CRE结合，从而激活受CRE调控的基因转录。,PKA调节细胞物质代谢： PKA使磷酸化酶磷酸化后，其酶活性增高，促进糖原分解；使糖原合成酶磷酸化后，其酶活性受到抑制，抑制糖原合成，因此血糖增加。 肾上腺素、胰高血糖素、促肾上腺皮质激素、甲状旁腺素、促甲状腺素、促卵泡素、黄体生成素、抗利尿激素等都以cAMP为第二信使。,(二) cGMP： cGMP由GC水解GTP而获得，广泛分布于各种组织细胞质膜中。它对细胞调节作用是通过激活依赖cGMP蛋白激酶(蛋白激酶G，PKG)来实现的，PKG为单链多肽有调节区及催化区，当调节区与cGMP结合后，
26、催化区表现催化活性，使底物蛋白的丝氨酸苏氨酸残基磷酸化产生生物效应。,20世纪70年代初发现由心房肌细胞分泌的心钠素，作用于肾小管细胞及血管平滑肌细胞上受体(此受体为具有鸟苷酸环化酶活性的跨膜受体)，受体被活化，激活GC，产生cGMP，进一步激活PKG，最终导致血管舒张和肾小管排钠利尿。 NO、CO通过细胞膜，激活胞浆内sGC产生cGMP，进一步激活PKG也可产生血管舒张、增加血管壁通透性、抑制血小板活化的生物效应。这条信息转导途径称为cGMP-蛋白激酶G信息转导途径。,(三) IP3与DAG： IP3与DAG分别为细胞质中及细胞膜上的第二信使。IP3是一种水溶性分子，可以进入胞质发挥作用。I
27、P3与内质网上IP3受体结合后，使内质网膜钙通道开放，Ca2从内质网中释放出来，使胞质内游离Ca2+ 增加。胞质内Ca2+增加，与钙结合蛋白钙调蛋白(Calmodutin, CaM)结合成复合体(Ca2+CaM)，它能促进多种蛋白质的磷酸化而改变其功能状态。,DAG是脂溶性分子，可与Ca2+一起激活依赖Ca2+、磷脂的蛋白激酶(蛋白激酶C，PKC)。PKC由一条肽链组成，N端为调节区，C端为催化区，当调节区与Ca2+、DAG结合时，催化区作用得以发挥（ PKC激活）。 PKC激活后催化一些蛋白质或酶上丝氨酸苏氨酸残基磷酸化，改变它们功能，调节细胞生长及代谢；PKC激活后能对立早基因的反式作用子
28、的磷酸化，加速立早基因(c-fos,c-jun)表达增强，它们的表达产物具有跨越核膜传递信息的功能(亦称为第三信使)，可活化晚期反应基因的转录，对细胞增殖有促进作用。,(四) Ca2+： Ca2+是细胞内具有多功能的第二信使。细胞内Ca2+浓度增高原因：IP3与内质网上IP3受体结合，使钙通道开放，内质网内的Ca2+进入胞浆，使胞浆内Ca2+浓度增高。有些信息分子通过受体操纵钙通道开放及神经肌肉组织中可使电压依赖钙通道开放，Ca2+从细胞外流入细胞内，使胞浆内Ca2+浓度增高。,Ca2+的作用： 可促进分泌细胞的分泌，如促进胰岛细胞分泌胰岛素；促进平滑肌、骨骼肌收缩。 可激活多种酶，如PKC、
29、PLC、PLA2等。 与K、Na+、Cl通道或通道密切相关蛋白质结合，可调节通道活动。 参与协调其它第二信使的信息传递作用，如协调IP3、DAG等。 与钙调蛋白结合成Ca2+CaM复合物。,Ca2+CaM复合物作用： 能激活Ca2+CaM激酶（CaMK）； 调节PKA及PDE活性、激活AC与GC； 调节细胞分裂与生长： 启动DNA合成促进细胞由G1向S期过渡， 诱导核膜解体促进G2向M期过渡， 参与染色体移动促进细胞进入有丝分裂后期。 现发现肿瘤组织中Ca2+CaM含量是增高的。,(五)神经酰胺 (ceramide, CM)： CM由神经鞘磷脂酶及神经酰胺合成酶产生。CM是转导细胞外应激信号的
30、一个第二信使。 CM的作用： 参与细胞生长增殖：CM 激活的蛋白激酶(ceramide-activated protein kinase,CAPK)能磷酸化和激活Raf，经逐级磷酸化后传给细胞外调节蛋白激酶(extrocellular regulated protein rinase, ERK)，促进和调节与细胞生长分裂有关基因表达，启动细胞分裂, 参与细胞凋亡：CM 激活的蛋白磷酸脂酶(ceramide-activated protein phosphatase,CAPP)可引起c-myc基因下调和PKC失活，引起细胞发生凋亡；CM 激活应激激活的蛋白激酶(SAPK/JNK)链，引起细胞凋亡
31、；CM 激活Ced-3(细胞死亡基因)/ICE(白介素-1转化酶)样蛋白激酶CPP32，也是细胞凋亡中的关键性分子。 CM作为第二信使还可介导细胞分化的生物学效应。,六 细胞信号转导的主要途径 受体与配体结合后信号转导模式有多种，可产生不同的细胞反应。下面介绍膜受体与细胞内受体介导的主要信号转导途径。,(一)膜受体介导的信号转导途径： 1.cAMP蛋白激酶A途径： 促肾上腺皮质激素(ACTH)、抗利尿激素(ADH)、肾上腺素等信息分子与受体结合后，可激活Gs蛋白，进而激活腺苷酸环化酶(AC)，使ATP水解成cAMP，使PKA激活。激活PKA可对底物蛋白上的丝氨酸苏氨酸残基磷酸化，调节各类型细胞
32、内蛋白质、酶的活性(活性可以是增加或降低)。,PKA还可磷酸化钙通道引起Ca2+内流、磷酸化微管蛋白改变其构象引发细胞分泌功能，也可引起一系列基因的表达水平升高。乙酰胆碱、血管紧张素、肾上腺素、生长激素释放抑制因子等与受体结合后激活Gi蛋白，进而抑制腺苷酸环化酶，阻止cAMP生成，反应终止。,图5-3 cAMP蛋白激酶A途径Gs：激活腺苷酸环化酶的G蛋白 AC：腺苷酸环化酶 PKA：蛋白激酶A CRE：cAMP反应元件 CREB：CRE结合蛋白,2.磷脂酰肌醇信号转导途径： 去甲肾上腺素、生长因子等信息分子与靶细胞膜受体结合后，激活Gq蛋白，进而激活磷脂酶C(PLC)，促进IP3和DAG合成。
33、IP3与内质网上IP3受体结合，使内质网内Ca2+释放入胞浆中，Ca2+与钙调蛋白结合激活Ca2+-CaM激酶，以促进蛋白质(酶)磷酸化，产生各种生理生化反应。DAG激活PKC，活化PKC在不同细胞中参与调节生长和代谢，可使钙通道磷酸化，使Ca2+内流增加，可使立早基因的反式作用子磷酸化，加速立早基因表达，产生第三信使，活化晚期反应基因，并转录，导致细胞增生或核型变化。,图5-4磷脂酰肌醇信号转导途径 Gq：激活磷脂酶C的G蛋白 PLC：磷脂酶c IP3：三磷酸肌醇 DAG：甘油二脂 CaM：钙调蛋白,3. 酪氨酸蛋白激酶型受体信号转导途径 (1) RasMAPK途径： 表皮生长因子(EGF)
34、、血小板源性生长因子(PDGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)等与酪氨酸蛋白激酶型受体结合后，受体构象改变形成二聚体，导致胞内区酪氨酸蛋白激酶激活，彼此可使对方酪氨酸残基磷酸化(自身磷酸化)，其磷酸化位点就成为含SH2结构域的生长因子受体连接蛋白2(GRB2)的高亲和力结合部位，,GRB2中的两个SH3结构域能识别鸟苷酸交换蛋白(SOS)C端的脯氨酸，形成GRB2SOS复合物与受体结合，从而将SOS带到细胞膜，对Ras蛋白(是癌基因ras编码产物，类似于G蛋白中亚基)的鸟苷酸结合状态发挥作用，SOS蛋白能促进Ras-GDP释放GDP，并与GTP结合成为Ras-GTP活性状态。激活的Ras活化R
35、af (又称丝裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶，MAPKKK ) ，它可激MEK(又称丝裂原活化蛋白激酶的激酶，MAPKK ) ，,最终激活细胞外信号调节激酶（ERK）(又称丝裂原活化蛋白激酶 mitogen activated protein kinase, MAPK )，使Ras传来的信号得以逐级放大和传递。 MAPK具有广泛的催化活性：， 催化胞浆靶蛋白、酶磷酸化，调节细胞代谢； 催化核糖体S6蛋白激酶(RSK)的磷酸化，促进40S亚基与mRNA结合，加速mRNA翻译各种蛋白质； 激活MAPK将信号传递到细胞核内许多转录因 (TF ) jun,fos,myc ，从而增加与DAN的结合，促进和
36、调节与细胞生长和分化有关的基因表达，启动细胞分裂。,由于Ras蛋白为多种生长因子信号转导过程所共有，故将此信号转导途径又称为Ras通路。该通路参与细胞生长、发育、分裂及细胞间的功能同步等多种生理过程，并在细胞恶性转化等病理过程中起重要作用。,(2) PLCPKC的信号转导途径： 当生长因子与相应受体结合时，可活化受体的酪氨酸蛋白激酶活性，使受体自身磷酸化，其中第1021位磷酸化酪氨酸序列，可被含SH2结构域的PLC-所识别并被磷酸化，磷酸化PLC-即整合到质膜上，并催化PIP2 水解成IP3 和DAG，DAG进一步激活PKC，进行信号传递(见前磷脂酰肌醇信号转导途径)。,(3) 磷脂酰肌醇3激
37、酶途径 ( phosphatidyl inositol-3 kinase，PI3K) 当生长因子与相应受体结合时，可活化受体酪氨酸蛋白激酶活性，使受体自身磷酸化，可被含SH2结构域的PI3K所识别并被磷酸化，PI3K的P85 调节亚基被磷酸化，调节P110催化亚基的活性。 P110催化亚基的作用：激活PI3K-AKT/PKB，能促进底物蛋白、酶磷酸化；能与Ras-GTP结合，可促进细胞由G1期进入S期。 在调节细胞生长与代谢中发挥重要作用。,图5-5 酪氨酸蛋白激酶型受体信号转导途径,GRB2：生长因子受体结合蛋白2 SOS：鸟苷酸交换蛋白 MAPK：丝裂原活化蛋白激酶 Raf：具有MAPKK
38、K活性 S6：核糖体S6 PLC：磷酯酶C PI3K：磷脂酰肌醇3激酶,4.酪氨酸蛋白激酶联系型受体信号转导径 JAK-STAT途径： 许多细胞因子如干扰素(IFN)、白介素3-6(1L3-6)、粒、巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)、促红细胞生成素(EPO)等的膜受体本身并无激酶活性，当配体与受体结合时，可使受体二聚体化，并与胞浆中的另一类具有酪氨酸蛋白激酶活性的激酶（JAK）相结合，并使JAK激活。,激活的JAK使受体上酪氨酸残基发生磷酸化，而受体上酪氨酸残基的磷酸化位点就成为信号转导因子和转录激活因子(STAT)蛋白中SH2结构域的识别位点，于是STAT与受体结合，并在JAK的催化下发生
39、磷酸化。磷酸化STAT与受体亲和力降低，与受体分离，并形成二聚体的活性形式转移到核内，结合到DNA的特定反应元件上诱导相应基因的表达，促进多种蛋白质合成。,图5-6 JAK-STAT信号转导途径JAK：另一类激酶 STAT：信号转导子和转录激活子,JAKSTAK途径比较简单，其间参与的环节不多，但许多细胞因子均有其专一的JAKSTAT途径，因此该途径具有多样性与灵活性。,5. 核因子-B 途径： ( nuclear factor-B , NF-B ) 核因子B它是一类蛋白质，它们具有与某些基因的启动子或增强子区域的固定核苷酸序列结合作用，从而启动或增强该基因转录的功能。NF-B包括NF-B1
40、(P50)，NF-B2(P52)和 rel 癌基因蛋白如RelA(P65)、RelB(P68)、c-Rel等。是普遍存在于细胞质中的一种快反应转录因子，一般以二聚体形式存在。在静息时，它与抑制性B(IB)结合而形成一种无活性的三聚体形式。,NF-B信号转导途径的配体包括细胞因子、生长因子、免疫受体、应激反应、细菌与病毒及其产物、紫外线、电离辐射、重金属、H2O2、臭氧等。当配体与相应受体结合，引起受体构象改变，激活NF-B诱导性激酶(NIK)，NIK激活抑制性B激酶(IB kinase ,IK)，IK使三聚体上IB上丝氨酸残基磷酸化、泛素化，IB发生构象改变，受IB抑制的NF-B得以释放出来，
41、迅速发生核易位，与相应的B序列结合，从而启动或增强某些基因的转录。,也可通过Ras-MAPK途径偶联NF-B：MAPK激活后使S6激酶激活，后者有IB激酶(IK)样活性，也可使IB被降解，NF-B得以释放而发生核易位。还可通过PTKPLC途径偶联NF-B：胞内PKC、PKA激活也可参与活化NF-B。 受NF-B调节的蛋白包括细胞因子、趋化因子、生长因子、粘附分子、转录因子、氧化应激相关酶、急性期蛋白等，因此它涉及机体免疫反应、胸腺发育、胚胎发生、炎症、急性期反应、细胞增殖、细胞凋亡、细菌病毒感染及肿瘤等方面。,(二) 细胞内受体信号转导途径 亲脂性信息分子甾类激素(性激素、糖盐皮质激素)、1,
42、25(OH)2D3、甲状腺素、维甲酸等能穿过质膜、核膜、直接与细胞内受体结合，胞浆内释放热休克蛋白，受体DNA结合区域(含两个锌指结构)暴露，受体分子活化聚合成二聚体，并转移到核内，通过锌指结构进入DNA双螺旋的大沟，固定受体在转录起始点上游几十至几百个碱基对处的激素反应元件(hormone response element, HRE)上，促进或阻止基因表达。,核内受体与共抑制因子结合成复合体，当核内受体与配体(甲状腺素、1,25(OH)2D3、维甲酸) 结合后，与共抑制因子脱离，受体被激活，以二聚体的形式与靶基因中的激素反应元件结合，并通过共激活因子架桥作用，调节基因转录。,图5-8胞浆内受体信息转导途径HRE：激素反应元件 HSP：热休克蛋白,以上介绍的是主要的信号转导途径，各条信号转导途径并非孤立的、各自为政，而是交叉联系、构成一错综复杂的调节网络；细胞内信号转导系统在每个层次上都受到严密调控，同时它们又控制着细胞内几乎所有的生命活动，因此当细胞内信号转导过程出现障碍时，会影响到细胞功能代谢，从而造成疾病。,图5-1受体通过G蛋白与效应酶（腺苷酸环化酶）偶联的模型（引自金惠铭等，1997）,图5-2 酪氨酸蛋白激酶（PTK）型受体作用方式,图57 NF-B信号转导途径NIK：NF-B诱导性激酶 Ik：抑制性B激酶 IB：抑制性B,
