第八章细胞通信《细胞生物学》.pdf

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1、1/8 第八章细胞通信 生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存；另一方面信息物质如核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化。单细胞生物通过反馈调节，适应环境的变化。多细胞生物则是由各种细胞组成的细胞社会，除了反馈调节外，更有赖于细胞间的通讯与信号传导，以协调不同细胞的行为，如：调节代谢，通过对代谢相关酶活性的调节，控制细胞的物质和能量代谢；实现细胞功能，如肌肉的收缩和舒 X，腺体分泌物的释放；调节细胞周期，

2、使 DNA复制相关的基因表达，细胞进入分裂和增殖阶段；控制细胞分化，使基因有选择性地表达，细胞不可逆地分化为有特定功能的成熟细胞；影响细胞的存活(图 8-1)。第一节基本概念 一、几个容易混淆的概念 近年来，由于细胞通信在医学尤其是揭示癌症方面的重要性，使这一领域的研究十分活跃，文献和著作非常的多，不同的作者往往使用不同的名词来描述细胞的信息传递现象，虽然这些名词很相近，但是其内涵和外延不尽相同，现解释如下：细胞信号发放（cell signaling）1，细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。细胞通讯（cell munication）2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

3、的过程。细胞识别（cell recognition）3指细胞与细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，从而引起细胞反应的现象 信号转导（signal transduction）4指外界信号（如光、电、化学分子）与细胞细胞表面受体作用，通过影响细胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一系列过程。二、细胞信号分子 生物细胞所接受的信号既可以使物理信号（光、热、电流），也可以是化学信号，但是在有机体间和细胞间的通讯中最广泛的信号是化学信号。从化学结构来看细胞信号分子包括：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等，其共同特点是：特异性，只能与特定的受体结合；高

4、效性，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统；可被灭活，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。从产生和作用方式来看可分为内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子等四类。从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类。脂溶性信号分子，如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。水溶性信号分子，如神经递质、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，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。所以这类信

5、号分子又称为第一信使（primary messenger），而 cAMP这样的胞内信号分子被称为第二信使（secondary messenger）。目前公认的第二信使有 cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+被称为第三信使是因为其释放有赖于第二信使。第二信使的作用是对胞外信号起转换和放大的作用。三、受体 受体（receptor）是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体与配体间的作用具有三个主

6、要特征：特异性；饱和性；高度的亲和力。2/8 根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体（intracellular receptor）和细胞表面受体（cell surface receptor，图 8-2）。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息传递，可分为：离子通道型受体、G 蛋白耦联型受体和酶耦联型受体。每一种细胞都有其独特的受体和信号转导系统，细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与细胞的固有特征有关。有时相同的信号可产生不同的效应，如 Ach 可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。有时不同信

7、号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。细胞持续处于信号分子刺激下的时候，细胞通过多种途径使受体钝化，产生适应。如：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)。暂时将受体移到细胞内部，即受体隐蔽（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）四、蛋白激酶 蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化，可分为 5 类（表 8-1）。蛋白激酶在信

8、号转导中主要作用有两个方面：其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，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；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。表 8-1 蛋白激酶的种类 激酶 磷酸基团受体 蛋白丝氨酸苏氨酸激酶 丝氨酸苏氨酸羟基 蛋白酪氨酸激酶 酪氨酸的酚羟基 蛋白组赖精氨酸激酶 咪唑环，胍基，氨基 蛋白半胱氨酸激酶 巯基 蛋白天冬氨酸谷氨酸激酶 酰基 五、胞间通信的主要类型 细胞通讯主要有以下三种方式。（一）、细胞间隙连接（gap junction）是细胞间的直接通讯方式（图 8-3）。两个相邻的

9、细胞以连接子（connexon）相联系。连接子中央为直径 1.5nm的亲水性孔道。允许小分子物质如 Ca2+、cAMP 通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应，如可兴奋细胞的电耦联现象。（二）、膜表面分子接触通讯 是指细胞通过其表面信号分子（受体）与另一细胞表面的信号分子（配体）选择性地相互作用，最终产生细胞应答的过程，即细胞识别（cell recognition，图 8-4）。可分为：同种同类细胞间的识别，如胚胎分化过程中神经细胞对周围细胞的识别，输血和植皮引起的反应可以看作同种同类不同来源细胞间的识别；同种异类细胞间的识别，如精子和卵子之间的识别，T 与 B 淋巴细胞间的识别；异种异

10、类细胞间的识别，如病原体对宿主细胞的识别，异种同类细胞间的识别，仅见于实验条件下。三）、化学通讯 化学通讯是间接的细胞通讯（图 8-5），指细胞分泌一些化学物质（如激素）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 X 围，可分为以下 4 类（图 8-6）：1.内分泌（endocrine）：内分泌细胞分泌的激素随血液循环输至全身，作用于靶细胞。其特点是：低浓度，仅为 10-8-10-12M；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（paracri

11、ne）：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）3/8 3.突触信号发放：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。4.自分泌（autocrine）：与上述三类不同的是，信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。第二节 膜表面受体介导的信号转导 亲水性化学信号分子（包括神经递质、蛋白激素、生长因子等）不能直接进入细胞，只能通过膜表面的特异受体传递信号，使靶细胞产生效应。膜

12、表面受体主要有三类（图 8-7）：离子通道型受体（ion-channel-linked receptor）；G 蛋白耦联型受体（G-protein-linked receptor）；酶耦联的受体（enzyme-linked receptor）。第一类存在于可兴奋细胞。后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联（kinase cascade）事件，即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，籍此使信号逐级传送和放大。一、离子通道型受体 离子通道型受体（图 8-8）是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gated channel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经

13、递质。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。如：乙酰胆碱受体（图 8-9、10）以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和 氨基丁酸的受体。二、G 蛋白耦联型受体 三聚体 GTP 结合调节蛋白（trimeric GTP-bind

14、ing regulatory protein）简称 G 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尾结合在膜上，G 蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用（图 8-12），当 亚基与 GDP 结合时处于关闭状态，与 GTP 结合时处于开启状态，亚基具有 GTP 酶活性，能催化所结合的 ATP 水解，恢复无活性的三聚体状态，其 GTP 酶的活性能被 RGS（regulator of G protein signaling）增强。RGS 也属于 GAP（GTPase activating protein）。G 蛋白耦联型受体为 7 次跨膜蛋白（图 8-13），受体胞外结

15、构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G 蛋白耦联。通过与 G 蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内。G蛋白耦联型受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属 G 蛋白耦联型受体。由 G 蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：cAMP 信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。（一）cAMP 信号途径 在 cAMP 信号途径中，细胞外信号与相应受体结合，调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使 cAMP 水平的变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。1、cAMP 信号的组分.激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（R

16、i）；.活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；.腺苷酸环化酶（Adenylyl cyclase）：是相对分子量为 150KD 的糖蛋白，跨膜 12 次。在 Mg2+或 Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化 ATP 生成 cAMP（图 8-14）。.蛋白激酶 A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成（图 8-15），在没有 cAMP 时，以钝化复合体形式存在。cAMP 与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的蛋白激酶 A 催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，于是改变这些蛋白的活性，进一步影

17、响到相关基因的表达。4/8.环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）：可降解 cAMP 生成 5-AMP，起终止信号的作用（图 8-16）。2、Gs 调节模型 当细胞没有受到激素刺激，Gs 处于非活化态，亚基与 GDP 结合，此时腺苷酸环化酶没有活性；当激素配体与 Rs 结合后，导致 Rs 构象改变，暴露出与 Gs 结合的位点，使激素-受体复合物与 Gs 结合，Gs 的 亚基构象改变，从而排斥 GDP，结合 GTP 而活化，使三聚体 Gs 蛋白解离出 亚基和 基复合物，并暴露出 亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合 GTP 的 亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将 A

18、TP 转化为 cAMP。随着 GTP的水解 亚基恢复原来的构象并导致与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。亚基与 亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。活化的 亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，如心肌细胞中 G 蛋白耦联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的 亚基复合物能开启质膜上的 K+通道，改变心肌细胞的膜电位。此外 亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合 GTP 的 亚基起协同或拮抗作用。霍乱毒素能催化 ADP 核糖基共价结合到 Gs 的 亚基上，致使 亚基丧失 GTP 酶的活性，结果 GTP 永久结合在 Gs 的 亚基上，使 亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永

19、久性活化。导致霍乱病患者细胞内 Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素G 蛋白耦联受体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（图 8-17）。不同细胞对 cAMP 信号途径的反应速度不同，在肌肉细胞 1 秒钟之内可启动糖原降解为葡糖 1-磷酸（图 8-18），而抑制糖原的合成。在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的 PKA 进入细胞核，将 CRE 结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMP response element）是 DNA 上的调节区域（图 8-19）。3、Gi 调节模型 Gi 对腺苷酸环化酶的抑

20、制作用可通过两个途径：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（图 8-20）。百日咳毒素催化 Gi 的 亚基 ADP-核糖基化，结果降低了 GTP 与 Gi 的 亚基结合的水平，使 Gi 的 亚基不能活化，从而阻断了 Ri 受体对腺苷酸环化酶的抑制作用，但尚不能解释百日咳症状与这种作用机理有关。（二）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（IP

21、3）和二酰基甘油（DG）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号（图 8-21），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，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。用 Ca2+载体离子霉素（ionomycin）处理细胞会产生类似的结果（图 8-22）。DG 结合于质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶 C（Protein Kinase C，PKC）。PKC 以非活性形式分布于细胞溶质中，当细胞接受刺激，产生 IP3，使 Ca2+浓度升高，PKC 便转位到质膜内表面，被 DG 活化（图 8-22

22、），PKC 可以使蛋白质的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化是不同的细胞产生不同的反应，如细胞分泌、肌肉收缩、细胞增殖和分化等。DG 的作用可用佛波醇酯（phorbol ester）模拟。Ca2+活化各种 Ca2+结合蛋白引起细胞反应，钙调素（calmodulin，CaM）由单一肽链构成，具有四个钙离子结合部位。结合钙离子发生构象改变，可激活钙调素依赖性激酶（CaM-Kinase）。细胞对 Ca2+的反应取决于细胞内钙结合蛋白和钙调素依赖性激酶的种类。如：在哺乳类脑神经元突触处钙调素依赖性激酶十分丰富，与记忆形成有关。该蛋白发生点突变的小鼠表现出明显的记忆无能。IP3信号的终止是通过去磷酸化形成 IP2

23、，或被磷酸化形成 IP4。Ca2+由质膜上的 Ca2+泵和 Na+-Ca2+交换器将抽出细胞，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网（图 8-23）。DG 通过两种途径终止其信使作用：一是被 DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被 DG 酯酶水解成单酯酰甘油。由于 DG 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 长期活性所产生的效应。现发现另一种 DG 生成途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的 DG，用来维持 PKC 的长期效应。5/8（三）其它 G 蛋白偶联型受体 1化学感受器中的 G 蛋白 气味分子与化学感受器中的 G 蛋白偶联

24、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 cation 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。2视觉感受器中的 G 蛋白 黑暗条件下视杆细胞(或视锥细胞)中 cGMP 浓度较高，cGMP 门控钠离子通道开放，钠离子内流，引起膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。视紫红质（rhodopsin,Rh）为 7 次跨膜蛋白，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（tra

25、nsducin,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。可见胞内 cGMP 水平下降的负效应信号起传递光刺激的作用（图 8-24）。视觉感受器的换能反映可表述为：光信号Rh 激活Gt 活化cGMP 磷酸二酯酶激活胞内 cGMP 减少Na+离子通道关闭离子浓度下降膜超极化神经递质释放减少视觉反应。（四）小 G 蛋白 小 G 蛋白（Small G Protein）因分子量只有 2030KD 而得名，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 蛋白是 Ras，它是 ras 基因5的产物。其它的

26、还有 Rho，SEC4，YPT1 等，微管蛋白 亚基也是一种小 G 蛋白。小 G 蛋白的共同特点是，当结合了 GTP 时即成为活化形式，这时可作用于下游分子使之活化，而当 GTP 水解成为 GDP 时（自身为 GTP 酶）则回复到非活化状态。这一点与 G 类似，但是小 G 蛋白的分子量明显低于 G。在细胞中存在着一些专门控制小 G 蛋白活性的小 G 蛋白调节因子，有的可以增强小 G 蛋白的活性，如鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor,GEF）和鸟苷酸解离抑制因子（Guanine nucleotide dissociation Inhibitor,

27、GDI），有的可以降低小 G 蛋白活性，如 GTP 酶活化蛋白（GTPase activating protein,GAP）。三、酶耦联型受体 酶偶联型受体（enzyme linked receptor）分为两类，其一是本身具有激酶活性，如肽类生长因子（EGF，PDGF，CSF 等）受体；其二是本身没有酶活性，但可以连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。这类受体的共同点是：通常为单次跨膜蛋白6；接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。已知六类：受体酪氨酸激酶、酪氨酸激酶连接的受体、受体酪氨酸磷脂酶、受体丝氨酸/苏氨酸激酶受体鸟苷酸环化酶、组氨酸激酶连接的受体（与细菌的趋化性有关）

28、。（一）受体酪氨酸激酶 1、酪氨酸激酶 酪氨酸激酶可分为三类：受体酪氨酸激酶，为单次跨膜蛋白，在脊椎动物中已发现 50 余种；胞质酪氨酸激酶，如 Src 家族、Tec 家族、ZAP70、家族、JAK 家族等；核内酪氨酸激酶如 Abl 和 Wee。受体酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，RPTKs）的胞外区是结合配体结构域，配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点（图 8-25）。配体（如 EGF）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

29、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，激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性。这类受体主要有 EGF、PDGF、FGF 等（图 8-26）。2、信号分子间的识别结构域 信号转导分子中存在着一些大约由 50100 个氨基酸构成的结构域，它们在不同的信号转导分子中具有很高的同源性。这些结构域的作用是在细胞中介导信号介导分子的相互识别和连接，共同形成不同的信号转导途径（Signal 6/8 transduction pathway），如电脑的接口一样把不同的设备连接起来，形成信号转导网络（Signal transduction network）。与细胞信号分子识别有关的结构域主要有：

30、SH2 结构域（Src Homology 2 结构域）：约 100 个氨基酸组成，介导信号分子与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合。SH3 结构域（Src Homology 3 结构域）：约 50100 个氨基酸组成，介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合。PH 结构域（Pleckstrin Homology 结构域）：约 100120 个氨基酸组成，可以与膜上磷脂类分子 PIP2、PIP3、IP3等结合，使含 PH 结构域蛋白由细胞质中转位到细胞膜上。3、RAS 信号途径 受体酪氨酸激酶（RPTK）结合信号分子，形成二聚体，并发生自磷酸化而活化，活化的 RPTK 激活 RAS，由活化的 RAS 引起

31、蛋白激酶的磷酸化级联反应（图 8-27）。Ras 蛋白要释放 GDP，结合 GTP 的才能激活，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 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 SH3与 Sos 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。Ras 蛋白与 Raf 的 N 端结构域结合

32、并使其激活，Raf 是丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又称 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（mitogen-activated protein kinase，MAPK），属丝氨酸/苏氨酸残激酶。活化的 MAPK 进入细胞核，可使许多转录因子活化，如将 Elk-1 激活，促进 c-fos，c-jun 的表达。RPTK-Ras 信号通路可概括如下：配体RPTKadaptorGEFRasRaf（MAPKKK）MAPKK MAPK进入细胞核转录因子基因

33、表达。4胰岛素受体介导的信号转导 胰岛素受体也属于受体酪氨酸激酶，是由 和 两种组成四聚体型受体，其中 亚基具有激酶活性，可将胰岛素受体底物（insulin receptor substrates,IRSs）磷酸化（图 8-28），IRS 作为多种蛋白的停泊点，可以结合或激活具有 SH2 结构域的蛋白。如磷脂酰肌醇 3-激酶（phosphotidylinositol 3-kinase,PI3K）。PI3K 催化 PI 形成 PI(3,4)P2和 PI(3,4,5)P3，这两种磷酸肌醇可作为胞内信号蛋白（含 PH 结构域）的停泊位点，激活这些蛋白。其信号通路主要有：通过激活 BTK（Bruton

34、s tyrosine kinase），再激活磷脂酶 C（PLC），引起磷脂酰肌醇途径。激活磷脂酰肌醇依赖性激酶 PKD1（phosphoinositol dependent kinase），PKD1 激活转位到膜上的蛋白激酶 B（PKB，一种丝氨酸/苏氨酸激酶，如 Akt）。激活的 PKB 返回细胞质，将细胞调亡相关的 BAD 蛋白磷酸化，抑制 BAD 的活性，从而使细胞存活（图 8-29）。（二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶 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

35、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-1TGF-5，这些成员具有类似结构与功能，对细胞具有多方面的效应。依细胞类型不同，可能抑制细胞增殖、刺激胞外基质合成、刺激骨骼的形成、通过趋化性吸引细胞和作为胚胎发育过程中 的诱导信号等。（三）受体酪氨酸磷酯酶 受体酪氨酸磷酯酶（receptor tyrosine phosphatases）为单次跨膜蛋白受体，受体胞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，其作用是控制磷酸酪氨酸残基的寿命，使静止细

36、胞具有较低的磷酸酪氨酸残基的水平。它的作用不是简单的与 RPTK 相反，可能与酪7/8 氨酸激酶一起协同工作，如参与细胞周期调控。白细胞表面的 CD45 属这类受体，对具体配体的尚不了解。和酪氨酸激酶一样存在胞质酪氨酸磷酯酶。胞质酪氨酸磷酯酶胞内段具有两个 SH 结构域，称作 SHP1 和 SHP2，通过 SHP1 可以与细胞因子受体连接，使 Jak 去磷酸化，SHP1 结构域缺陷的老鼠，各类血细胞异常。说明胞质酪氨酸磷酯酶与血细胞分化有关。（四）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

37、化酶催化结构域。受体的配体心房排钠肽（atrial natriuretic peptides，ANPs）和脑排钠肽（brain natriuretic peptides，BNPs）。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。ANPs 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

38、性的鸟苷酸环化酶，它们是 NO 作用的靶酶，催化产生 cGMP。（五）细胞因子受体超家族 属于酪氨酸激酶连接的受体（tyrosine kinase associated receptor）。细胞因子（cytokine），如：白介素（IL）、干扰素（IFN）、集落刺激因子（CSF）、生长激素（GH）等，在造血细胞和免疫细胞通讯上起作用，这类细胞因子的受体为单次跨膜蛋白，本身不具有酶活性，但与配体结合后发生二聚化而激活，罗织或连接胞内酪氨酸蛋白激酶（如，JAK），其信号途径为 JAKSTAT 或 RAS 途径。JAK（just another kinase 或 janus kinase）是一类非受

39、体酪氨酸激酶家族，已发现四个成员，即 JAK1、JAK2、JAK3和 TYK1，其结构不含 SH2、SH3，C 段具有两个相连的激酶区。JAK 的底物为 STAT，即信号转导子和转录激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT），具有 SH2和 SH3两类结构域。STAT 被 JAK 磷酸化后发生二聚化，然后穿过核膜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（图 8-30），可概括如下：1、配体与受体结合导致受体二聚化；2、二聚化受体激活 JAK；3、JAK 将 STAT 磷酸化；4、STAT 形成

40、二聚体，暴露出入核信号；5、STAT 进入核内，调节基因表达。第三节 胞内受体介导的信号传导 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白（图 8-31）。在细胞内，受体与抑制性蛋白（如 Hsp90）结合形成复合物，处于非活化状态。配体（如皮质醇）与受体结合，将导致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受体暴露出 DNA 结合位点而被激活。这类受体一般都有三个结构域：位于 C 端的激素结合位点，位于中部富含 Cys、具有锌指结构的 DNA 或 Hsp90 结合位点，以及位于 N 端的转录激活结构域。甾类激素分子是化学结构相似的亲脂性小分子，分子相对质量为 300Da 左右，可以通过简单扩散跨越质膜进

41、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，形成激素-受体复合物，并能穿过核孔进入细胞核内，激素和受体的结合导致受体蛋白构象的改变，提高了受体与 DNA 的结合能力，激活的受体通过结合于特异的DNA 序列调节基因表达。受体与 DNA 序列的结合已得到实验证实，结合序列是受体依赖的转录增强子，这种结合可增加某些相邻基因的转录水平。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。如果蝇注射蜕皮激素后仅 510min便可诱导唾腺染色体上 6 个部位的 RNA 转录，再过一段时

42、间至少有 100 个部位合成 RNA，致使大量合成次级反应所特有的蛋白质产物。这类激素作用通常表现为如影响细胞分化等长期的生物学效应。甲状腺素和雌激素也是亲脂性小分子，其受体位于细胞核内，作用机理与甾类激素相同。也有个别的亲脂性小分子，如前列腺素，其受体在细胞膜上。8/8 NO 是另一种可进入细胞内部的信号分子，能快速透过细胞膜，作用于邻近细胞。RFurchgott 等三位美国科学家因发现 NO 作为信号分子而获得 1998 年诺贝尔医学与生理学奖。血管内皮细胞和神经细胞是 NO 的生成细胞，NO 的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以 L 精氨酸为

43、底物，以还原型辅酶（NADPH）作为电子供体，生成 NO 和 L 瓜氨酸。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 的合成有关。血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内 Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放 NO，NO 扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的 Fe2结合，改变酶的构象（图 8-32），导致酶活性的增强和 cGMP 合成增多（图 8-33）。cGMP 可降低血管平滑肌中的 Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒 X，血管扩 X、血流通畅。硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为 NO，可舒 X 血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。