第八章細胞通信《細胞生物學》

1、第八章 細胞通信生命與非生命物質最顯著的區(qū)別在于生命是一個完整的自然的信息處理系統(tǒng)。一方面生物信息系統(tǒng)的存在使有機體得以適應其內(nèi)外部環(huán)境的變化，維持個體的生存；另一方面信息物質如核酸和蛋白質信息在不同世代間傳遞維持了種族的延續(xù)。生命現(xiàn)象是信息在同一或不同時空傳遞的現(xiàn)象，生命的進化實質上就是信息系統(tǒng)的進化。單細胞生物通過反饋調(diào)節(jié)，適應環(huán)境的變化。多細胞生物則是由各種細胞組成的細胞社會，除了反饋調(diào)節(jié)外，更有賴于細胞間的通訊與信號傳導，以協(xié)調(diào)不同細胞的行為，如：調(diào)節(jié)代謝，通過對代謝相關酶活性的調(diào)節(jié)，控制細胞的物質和能量代謝；實現(xiàn)細胞功能，如肌肉的收縮和舒張，腺體分泌物的釋放； 調(diào)節(jié)細胞周期，使DNA

2、復制相關的基因表達，細胞進入分裂和增殖階段； 控制細胞分化，使基因有選擇性地表達，細胞不可逆地分化為有特定功能的成熟細胞； 影響細胞的存活(圖8-1)。第一節(jié) 基本概念一、幾個容易混淆的概念近年來，由于細胞通信在醫(yī)學尤其是揭示癌癥方面的重要性，使這一領域的研究十分活躍，文獻和著作非常的多，不同的作者往往使用不同的名詞來描述細胞的信息傳遞現(xiàn)象，雖然這些名詞很相近，但是其內(nèi)涵和外延不盡相同，現(xiàn)解釋如下：細胞信號發(fā)放（cell signaling）1，細胞釋放信號分子，將信息傳遞給其它細胞。細胞通訊（cell communication）2指一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產(chǎn)生相應反應的過

3、程。細胞識別（cell recognition）3指細胞與細胞之間通過細胞表面的信息分子相互作用，從而引起細胞反應的現(xiàn)象信號轉導（signal transduction）4 指外界信號（如光、電、化學分子）與細胞細胞表面受體作用，通過影響細胞內(nèi)信使的水平變化，進而引起細胞應答反應的一系列過程。二、細胞信號分子生物細胞所接受的信號既可以使物理信號（光、熱、電流），也可以是化學信號，但是在有機體間和細胞間的通訊中最廣泛的信號是化學信號。從化學結構來看細胞信號分子包括：短肽、蛋白質、氣體分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂類和膽固醇衍生物等等，其共同特點是：特異性，只能與特定的受體結合；高效性，

4、幾個分子即可發(fā)生明顯的生物學效應，這一特性有賴于細胞的信號逐級放大系統(tǒng)；可被滅活，完成信息傳遞后可被降解或修飾而失去活性，保證信息傳遞的完整性和細胞免于疲勞。從產(chǎn)生和作用方式來看可分為內(nèi)分泌激素、神經(jīng)遞質、局部化學介導因子和氣體分子等四類。從溶解性來看又可分為脂溶性和水溶性兩類。脂溶性信號分子，如甾類激素和甲狀腺素，可直接穿膜進入靶細胞，與胞內(nèi)受體結合形成激素-受體復合物，調(diào)節(jié)基因表達。水溶性信號分子，如神經(jīng)遞質、細胞因子和水溶性激素，不能穿過靶細胞膜，只能與膜受體結合，經(jīng)信號轉換機制，通過胞內(nèi)信使（如cAMP）或激活膜受體的激酶活性（如受體酪氨酸激酶），引起細胞的應答反應。所以這類信號分子又

5、稱為第一信使（primary messenger），而cAMP這樣的胞內(nèi)信號分子被稱為第二信使（secondary messenger）。目前公認的第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+被稱為第三信使是因為其釋放有賴于第二信使。第二信使的作用是對胞外信號起轉換和放大的作用。三、受體受體（receptor）是一種能夠識別和選擇性結合某種配體（信號分子）的大分子物質，多為糖蛋白，一般至少包括兩個功能區(qū)域，與配體結合的區(qū)域和產(chǎn)生效應的區(qū)域，當受體與配體結合后，構象改變而產(chǎn)生活性，啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學效應。受體與配體間的作用具有三個主要特征：特異性

6、；飽和性；高度的親和力。根據(jù)靶細胞上受體存在的部位，可將受體分為細胞內(nèi)受體（intracellular receptor）和細胞表面受體（cell surface receptor，圖8-2）。細胞內(nèi)受體介導親脂性信號分子的信息傳遞，如胞內(nèi)的甾體類激素受體。細胞表面受體介導親水性信號分子的信息傳遞，可分為：離子通道型受體、G蛋白耦聯(lián)型受體和酶耦聯(lián)型受體。每一種細胞都有其獨特的受體和信號轉導系統(tǒng)，細胞對信號的反應不僅取決于其受體的特異性，而且與細胞的固有特征有關。有時相同的信號可產(chǎn)生不同的效應，如Ach可引起骨骼肌收縮、降低心肌收縮頻率，引起唾腺細胞分泌。有時不同信號產(chǎn)生相同的效應，如腎上腺素、

7、胰高血糖素，都能促進肝糖原降解而升高血糖。細胞持續(xù)處于信號分子刺激下的時候，細胞通過多種途徑使受體鈍化，產(chǎn)生適應。如：修飾或改變受體，如磷酸化，使受體與下游蛋白隔離，即受體失活(receptor inactivation)。暫時將受體移到細胞內(nèi)部，即受體隱蔽（receptor sequestration）通過內(nèi)吞作用，將受體轉移到溶酶體中降解，即受體下行調(diào)節(jié)（receptor down-regulation）四、蛋白激酶蛋白激酶是一類磷酸轉移酶，其作用是將 ATP 的 磷酸基轉移到底物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質磷酸化，可分為5類（表8-1）。蛋白激酶在信號轉導中主要作用有兩個方面：其一是通過

8、磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質的活性，磷酸化和去磷酸化是絕大多數(shù)信號通路組分可逆激活的共同機制，有些蛋白質在磷酸化后具有活性，有些則在去磷酸化后具有活性；其二是通過蛋白質的逐級磷酸化，使信號逐級放大，引起細胞反應。表8-1 蛋白激酶的種類激酶磷酸基團受體蛋白絲氨酸蘇氨酸激酶絲氨酸蘇氨酸羥基蛋白酪氨酸激酶酪氨酸的酚羥基蛋白組賴精氨酸激酶咪唑環(huán)，胍基，氨基蛋白半胱氨酸激酶巰基蛋白天冬氨酸谷氨酸激酶?；?、胞間通信的主要類型細胞通訊主要有以下三種方式。（一）、細胞間隙連接（gap junction）是細胞間的直接通訊方式（圖8-3）。兩個相鄰的細胞以連接子（connexon）相聯(lián)系。連接子中央為直徑1.5nm的親

9、水性孔道。允許小分子物質如Ca2+、cAMP通過，有助于相鄰同型細胞對外界信號的協(xié)同反應，如可興奮細胞的電耦聯(lián)現(xiàn)象。（二）、膜表面分子接觸通訊是指細胞通過其表面信號分子（受體）與另一細胞表面的信號分子（配體）選擇性地相互作用，最終產(chǎn)生細胞應答的過程，即細胞識別（cell recognition，圖8-4）?？煞譃椋和N同類細胞間的識別，如胚胎分化過程中神經(jīng)細胞對周圍細胞的識別，輸血和植皮引起的反應可以看作同種同類不同來源細胞間的識別；同種異類細胞間的識別，如精子和卵子之間的識別，T與B淋巴細胞間的識別；異種異類細胞間的識別，如病原體對宿主細胞的識別，異種同類細胞間的識別，僅見于實驗條件下。三）

10、、化學通訊化學通訊是間接的細胞通訊（圖8-5），指細胞分泌一些化學物質（如激素）至細胞外，作為信號分子作用于靶細胞，調(diào)節(jié)其功能。根據(jù)化學信號分子可以作用的距離范圍，可分為以下4類（圖8-6）：1.        內(nèi)分泌（endocrine）：內(nèi)分泌細胞分泌的激素隨血液循環(huán)輸至全身，作用于靶細胞。其特點是：低濃度，僅為10-8-10-12M；全身性，隨血液流經(jīng)全身，但只能與特定的受體結合而發(fā)揮作用；長時效，激素產(chǎn)生后經(jīng)過漫長的運送過程才起作用，而且血流中微量的激素就足以維持長久的作用。2.   &

11、#160;    旁分泌（paracrine）：細胞分泌的信號分子通過擴散作用于鄰近的細胞。包括：各類細胞因子；氣體信號分子（如：NO）3.        突觸信號發(fā)放：神經(jīng)遞質（如乙酰膽堿）由突觸前膜釋放，經(jīng)突觸間隙擴散到突觸后膜，作用于特定的靶細胞。4.        自分泌（autocrine）：與上述三類不同的是，信號發(fā)放細胞和靶細胞為同類或同一細胞，常見于癌變細胞。如：大腸癌細胞可自分泌產(chǎn)生胃泌素，介導調(diào)節(jié)c-myc

12、、c-fos和ras p21等癌基因表達，從而促進癌細胞的增殖。第二節(jié)  膜表面受體介導的信號轉導親水性化學信號分子（包括神經(jīng)遞質、蛋白激素、生長因子等）不能直接進入細胞，只能通過膜表面的特異受體傳遞信號，使靶細胞產(chǎn)生效應。膜表面受體主要有三類（圖8-7）：離子通道型受體（ion-channel-linked receptor）；G蛋白耦聯(lián)型受體（G-protein-linked receptor）；酶耦聯(lián)的受體（enzyme-linked receptor）。第一類存在于可興奮細胞。后兩類存在于大多數(shù)細胞，在信號轉導的早期表現(xiàn)為激酶級聯(lián)（kinase cascade）事件，即為一系

13、列蛋白質的逐級磷酸化，籍此使信號逐級傳送和放大。一、離子通道型受體離子通道型受體（圖8-8）是一類自身為離子通道的受體，即配體門通道（ligand-gated channel）。主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細胞，其信號分子為神經(jīng)遞質。神經(jīng)遞質通過與受體的結合而改變通道蛋白的構象，導致離子通道的開啟或關閉，改變質膜的離子通透性，在瞬間將胞外化學信號轉換為電信號，繼而改變突觸后細胞的興奮性。如：乙酰膽堿受體（圖8-9、10）以三種構象存在，兩分子乙酰膽堿的結合可以使之處于通道開放構象，但該受體處于通道開放構象狀態(tài)的時限仍十分短暫，在幾十毫微秒內(nèi)又回到關閉狀態(tài)。然后乙酰膽堿與之解離，受體則恢復到初始

14、狀態(tài)，做好重新接受配體的準備。離子通道型受體分為陽離子通道，如乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺的受體，和陰離子通道，如甘氨酸和氨基丁酸的受體。二、G蛋白耦聯(lián)型受體三聚體GTP結合調(diào)節(jié)蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）簡稱G蛋白，位于質膜胞質側，由、三個亞基組成， 和亞基通過共價結合的脂肪酸鏈尾結合在膜上，G蛋白在信號轉導過程中起著分子開關的作用（圖8-12），當亞基與GDP結合時處于關閉狀態(tài)，與GTP結合時處于開啟狀態(tài)，亞基具有GTP酶活性，能催化所結合的ATP水解，恢復無活性的三聚體狀態(tài)，其GTP酶的活性能被RGS（regulator of G

15、protein signaling）增強。RGS也屬于GAP（GTPase activating protein）。G蛋白耦聯(lián)型受體為7次跨膜蛋白（圖8-13），受體胞外結構域識別胞外信號分子并與之結合，胞內(nèi)結構域與G蛋白耦聯(lián)。通過與G蛋白耦聯(lián)，調(diào)節(jié)相關酶活性，在細胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)。G蛋白耦聯(lián)型受體包括多種神經(jīng)遞質、肽類激素和趨化因子的受體，在味覺、視覺和嗅覺中接受外源理化因素的受體亦屬G蛋白耦聯(lián)型受體。由G蛋白耦聯(lián)受體所介導的細胞信號通路主要包括：cAMP信號通路和磷脂酰肌醇信號通路。（一）cAMP信號途徑在cAMP信號途徑中，細胞外信號與相應受體結合，調(diào)節(jié)腺苷

16、酸環(huán)化酶活性，通過第二信使cAMP水平的變化，將細胞外信號轉變?yōu)榧毎麅?nèi)信號。1、cAMP信號的組分.    激活型激素受體（Rs）或抑制型激素受體（Ri）；.    活化型調(diào)節(jié)蛋白（Gs）或抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gi）；.    腺苷酸環(huán)化酶（Adenylyl cyclase）：是相對分子量為150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP（圖8-14）。.    蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由兩個催化亞基

17、和兩個調(diào)節(jié)亞基組成（圖8-15），在沒有cAMP時，以鈍化復合體形式存在。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結合，改變調(diào)節(jié)亞基構象，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基?；罨牡鞍准っ窤催化亞基可使細胞內(nèi)某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，于是改變這些蛋白的活性，進一步影響到相關基因的表達。.    環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase）：可降解cAMP生成5-AMP，起終止信號的作用（圖8-16）。2、Gs調(diào)節(jié)模型當細胞沒有受到激素刺激，Gs處于非活化態(tài)，亞基與GDP結合，此時腺苷酸環(huán)化酶沒有活性；當激素配體與Rs結合后，導致Rs構象改變，暴露出

18、與Gs結合的位點，使激素-受體復合物與Gs結合，Gs的亞基構象改變，從而排斥GDP，結合GTP而活化，使三聚體Gs蛋白解離出亞基和基復合物，并暴露出亞基與腺苷酸環(huán)化酶的結合位點；結合GTP的亞基與腺苷酸環(huán)化酶結合，使之活化，并將ATP轉化為cAMP。隨著GTP的水解亞基恢復原來的構象并導致與腺苷酸環(huán)化酶解離，終止腺苷酸環(huán)化酶的活化作用。亞基與亞基重新結合，使細胞回復到靜止狀態(tài)?；罨膩喕鶑秃衔镆部芍苯蛹せ畎麅?nèi)靶分子，具有傳遞信號的功能，如心肌細胞中G蛋白耦聯(lián)受體在結合乙酰膽堿刺激下，活化的亞基復合物能開啟質膜上的K+通道，改變心肌細胞的膜電位。此外亞基復合物也能與膜上的效應酶結合，對結合GTP

19、的亞基起協(xié)同或拮抗作用?；魜y毒素能催化ADP核糖基共價結合到Gs的亞基上，致使亞基喪失GTP酶的活性，結果GTP永久結合在Gs的亞基上，使亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，腺苷酸環(huán)化酶永久性活化。導致霍亂病患者細胞內(nèi)Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴重腹瀉而脫水。該信號途徑涉及的反應鏈可表示為：激素G蛋白耦聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMP依賴cAMP的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉錄（圖8-17）。不同細胞對cAMP信號途徑的反應速度不同，在肌肉細胞1秒鐘之內(nèi)可啟動糖原降解為葡糖1-磷酸（圖8-18），而抑制糖原的合成。在某些分泌細胞，需要幾個小時，激活的PKA 進入細胞核，將CRE結合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關基因的表

20、達。CRE（cAMP response element ）是DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域（圖8-19）。3、Gi調(diào)節(jié)模型Gi對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用可通過兩個途徑：通過亞基與腺苷酸環(huán)化酶結合，直接抑制酶的活性；通過亞基復合物與游離Gs的亞基結合，阻斷Gs的亞基對腺苷酸環(huán)化酶的活化（圖8-20）。百日咳毒素催化Gi的亞基ADP-核糖基化，結果降低了GTP與Gi的亞基結合的水平，使Gi的亞基不能活化，從而阻斷了Ri受體對腺苷酸環(huán)化酶的抑制作用，但尚不能解釋百日咳癥狀與這種作用機理有關。（二）磷脂酰肌醇途徑在磷脂酰肌醇信號通路中胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結合，激活質膜上的磷脂酶C（PLC-），使質

21、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（DG）兩個第二信使，胞外信號轉換為胞內(nèi)信號（圖8-21），這一信號系統(tǒng)又稱為“雙信使系統(tǒng)”（double messenger system）。IP3與內(nèi)質網(wǎng)上的IP3配體門鈣通道結合，開啟鈣通道，使胞內(nèi)Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。用Ca2+載體離子霉素（ionomycin）處理細胞會產(chǎn)生類似的結果（圖8-22）。DG結合于質膜上，可活化與質膜結合的蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）。PKC以非活性形式分布于細胞溶質中，當細胞接受刺激，產(chǎn)生IP3，使Ca2+濃度升高，P

22、KC便轉位到質膜內(nèi)表面，被DG活化（圖8-22），PKC可以使蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化是不同的細胞產(chǎn)生不同的反應，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞增殖和分化等。DG的作用可用佛波醇酯（phorbol ester）模擬。Ca2+活化各種Ca2+結合蛋白引起細胞反應，鈣調(diào)素（calmodulin，CaM）由單一肽鏈構成，具有四個鈣離子結合部位。結合鈣離子發(fā)生構象改變，可激活鈣調(diào)素依賴性激酶（CaM-Kinase）。細胞對Ca2+的反應取決于細胞內(nèi)鈣結合蛋白和鈣調(diào)素依賴性激酶的種類。如：在哺乳類腦神經(jīng)元突觸處鈣調(diào)素依賴性激酶十分豐富，與記憶形成有關。該蛋白發(fā)生點突變的小鼠表現(xiàn)出明顯的記憶無能。IP

23、3信號的終止是通過去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca2+由質膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交換器將抽出細胞，或由內(nèi)質網(wǎng)膜上的鈣泵抽進內(nèi)質網(wǎng)（圖8-23）。DG通過兩種途徑終止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成為磷脂酸，進入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。由于DG代謝周期很短，不可能長期維持PKC活性，而細胞增殖或分化行為的變化又要求PKC長期活性所產(chǎn)生的效應?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)另一種DG生成途徑，即由磷脂酶催化質膜上的磷脂酰膽堿斷裂產(chǎn)生的DG，用來維持PKC的長期效應。（三）其它G蛋白偶聯(lián)型受體1化學感受器中的G蛋白氣味分子與化學感受器中的G蛋白偶聯(lián)型受體結合，可激活腺苷

24、酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，開啟cAMP門控陽離子通道（cAMP-gated cation channel），引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動，最終形成嗅覺或味覺。2視覺感受器中的G蛋白黑暗條件下視桿細胞(或視錐細胞)中cGMP濃度較高，cGMP門控鈉離子通道開放，鈉離子內(nèi)流，引起膜去極化，突觸持續(xù)向次級神經(jīng)元釋放遞質。視紫紅質（rhodopsin, Rh）為7次跨膜蛋白，含一個11順-視黃醛。是視覺感受器中的G蛋白偶聯(lián)型受體，光照使Rh視黃醛的構象變?yōu)榉词剑琑h分解為視黃醛和視蛋白（opsin），構象改變的視蛋白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，將細

25、胞中的cGMP水解。從而關閉鈉通道，引起細胞超極化，產(chǎn)生視覺?？梢姲麅?nèi)cGMP水平下降的負效應信號起傳遞光刺激的作用（圖8-24）。視覺感受器的換能反映可表述為：光信號Rh激活Gt活化cGMP磷酸二酯酶激活胞內(nèi)cGMP減少Na+離子通道關閉離子濃度下降膜超極化神經(jīng)遞質釋放減少視覺反應。（四） 小G蛋白小G蛋白（Small G Protein）因分子量只有2030KD而得名，同樣具有GTP酶活性，在多種細胞反應中具有開關作用。第一個被發(fā)現(xiàn)的小G蛋白是Ras，它是ras基因5的產(chǎn)物。其它的還有Rho，SEC4，YPT1等，微管蛋白亞基也是一種小G蛋白。小G蛋白的共同特點是，當結合了GTP時即成為活

26、化形式，這時可作用于下游分子使之活化，而當GTP水解成為GDP時（自身為GTP酶）則回復到非活化狀態(tài)。這一點與G類似，但是小G蛋白的分子量明顯低于G。 在細胞中存在著一些專門控制小G蛋白活性的小G蛋白調(diào)節(jié)因子，有的可以增強小G蛋白的活性，如鳥苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor, GEF）和鳥苷酸解離抑制因子（Guanine nucleotide dissociation Inhibitor, 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、酶耦聯(lián)型受體酶偶聯(lián)型受體（enz

27、yme linked receptor）分為兩類，其一是本身具有激酶活性，如肽類生長因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；其二是本身沒有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細胞因子受體超家族。這類受體的共同點是：通常為單次跨膜蛋白6；接受配體后發(fā)生二聚化而激活，起動其下游信號轉導。已知六類：受體酪氨酸激酶、酪氨酸激酶連接的受體、受體酪氨酸磷脂酶、受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體鳥苷酸環(huán)化酶、組氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）。（一）受體酪氨酸激酶1、酪氨酸激酶酪氨酸激酶可分為三類：受體酪氨酸激酶，為單次跨膜蛋白，在脊椎動物中已發(fā)現(xiàn)50余種；胞質酪氨酸激酶，如Src家族、Tec家族、ZAP

28、70、家族、JAK家族等；核內(nèi)酪氨酸激酶如Abl和Wee。受體酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，RPTKs）的胞外區(qū)是結合配體結構域，配體是可溶性或膜結合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。胞內(nèi)段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點（圖8-25）。配體（如EGF）在胞外與受體結合并引起構象變化，導致受體二聚化（dimerization）形成同源或異源二聚體，在二聚體內(nèi)彼此相互磷酸化胞內(nèi)段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性。這類受體主要有EGF、PDGF、FGF等（圖8-26）。2、信號分子間的識別結構域信號轉導分子中存

29、在著一些大約由50100個氨基酸構成的結構域，它們在不同的信號轉導分子中具有很高的同源性。這些結構域的作用是在細胞中介導信號介導分子的相互識別和連接，共同形成不同的信號轉導途徑（Signal transduction pathway），如電腦的接口一樣把不同的設備連接起來，形成信號轉導網(wǎng)絡（Signal transduction network）。與細胞信號分子識別有關的結構域主要有：SH2結構域（Src Homology 2 結構域）：約100個氨基酸組成，介導信號分子與含磷酸酪氨酸的蛋白分子結合。SH3結構域（Src Homology 3 結構域）：約50100個氨基酸組成，介導信號分子與

30、富含脯氨酸的蛋白分子結合。PH結構域（Pleckstrin Homology 結構域）：約100120個氨基酸組成，可以與膜上磷脂類分子PIP2、PIP3、IP3等結合，使含PH結構域蛋白由細胞質中轉位到細胞膜上。3、RAS信號途徑受體酪氨酸激酶（RPTK）結合信號分子，形成二聚體，并發(fā)生自磷酸化而活化，活化的RPTK激活RAS，由活化的RAS引起蛋白激酶的磷酸化級聯(lián)反應（圖8-27）。Ras蛋白要釋放GDP，結合GTP的才能激活，GDP的釋放需要鳥苷酸交換因子（GEF，如Sos）參與；Sos有SH3結構域，但沒有SH2結構域，因此不能直接和受體結合，需要接頭蛋白（如Grb2）的連接，接頭蛋白

31、通過SH2與受體的磷酸酪氨酸殘基結合，再通過SH3與Sos結合，Sos與膜上的Ras接觸，從而活化Ras。Ras本身的GTP酶活性不強，需要GTP酶活化蛋白（GAP）的參與，使Ras結合的GTP水解而失活，GAP具有SH2結構域可直接與活化的受體結合。Ras蛋白與Raf的N端結構域結合并使其激活，Raf是絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又稱MAPKKK）活化的Raf結合并磷酸化另一種蛋白激酶MAPKK，使其活化。MAPKK又使MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基使之激活。MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），屬絲氨酸/

32、蘇氨酸殘激酶?；罨腗APK進入細胞核，可使許多轉錄因子活化，如將Elk-1激活，促進c-fos，c-jun的表達。RPTK-Ras信號通路可概括如下：配體RPTKadaptorGEFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核轉錄因子基因表達。4胰島素受體介導的信號轉導胰島素受體也屬于受體酪氨酸激酶，是由和兩種組成四聚體型受體，其中亞基具有激酶活性，可將胰島素受體底物（insulin receptor substrates, IRSs）磷酸化（圖8-28），IRS作為多種蛋白的停泊點，可以結合或激活具有SH2結構域的蛋白。如磷脂酰肌醇3-激酶（phosphotidylinosit

33、ol 3-kinase, PI3K）。PI3K催化PI形成PI(3,4)P2和PI(3,4,5)P3，這兩種磷酸肌醇可作為胞內(nèi)信號蛋白（含PH結構域）的停泊位點，激活這些蛋白。其信號通路主要有：通過激活BTK（Bruton's tyrosine kinase），再激活磷脂酶C（PLC），引起磷脂酰肌醇途徑。激活磷脂酰肌醇依賴性激酶PKD1（phosphoinositol dependent kinase），PKD1激活轉位到膜上的蛋白激酶B（PKB，一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，如Akt）。激活的PKB返回細胞質，將細胞調(diào)亡相關的BAD蛋白磷酸化，抑制BAD的活性，從而使細胞存活（圖8-29

34、）。（二）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體絲氨酸/蘇氨酸激酶（receptor serine/threonine kinases）是單次跨膜蛋白受體，在胞內(nèi)區(qū)具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異二聚體行使功能。主要配體是轉化生長因子-s。（transforming growth factor-s，TGF-s。）家族成員，包括TGF-1TGF-5，這些成員具有類似結構與功能，對細胞具有多方面的效應。依細胞類型不同，可能抑制細胞增殖、刺激胞外基質合成、刺激骨骼的形成、通過趨化性吸引細胞和作為胚胎發(fā)育過程中 的誘導信號等。（三）受體酪氨酸磷酯酶受體酪氨酸磷酯酶（receptor tyrosine p

35、hosphatases）為單次跨膜蛋白受體，受體胞內(nèi)區(qū)具有蛋白酪氨酸磷酯酶的活性，胞外配體與受體結合激發(fā)該酶活性，使特異的胞內(nèi)信號蛋白的磷酸酪氨酸殘基去磷酸化，其作用是控制磷酸酪氨酸殘基的壽命，使靜止細胞具有較低的磷酸酪氨酸殘基的水平。它的作用不是簡單的與RPTK相反，可能與酪氨酸激酶一起協(xié)同工作，如參與細胞周期調(diào)控。白細胞表面的CD45屬這類受體，對具體配體的尚不了解。和酪氨酸激酶一樣存在胞質酪氨酸磷酯酶。胞質酪氨酸磷酯酶胞內(nèi)段具有兩個SH結構域，稱作SHP1和SHP2，通過SHP1可以與細胞因子受體連接，使Jak去磷酸化，SHP1結構域缺陷的老鼠，各類血細胞異常。說明胞質酪氨酸磷酯酶與血細

36、胞分化有關。（四）受體鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(huán)化酶（receptor guanylate cyclase）是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結合部位，胞內(nèi)段為鳥苷酸環(huán)化酶催化結構域。受體的配體心房排鈉肽（atrial natriuretic peptides，ANPs）和腦排鈉肽（brain natriuretic peptides，BNPs）。當血壓升高時，心房肌細胞分泌ANPs，促進腎細胞排水、排鈉，同時導致血管平滑肌細胞松弛，結果使血壓下降。介導ANP反應的受體分布在腎和血管平滑肌細胞表面。ANPs與受體結合直接激活胞內(nèi)段鳥苷酸環(huán)化酶的活性，使GTP轉化為cGMP，cGMP作為第二信使結合

37、并激活依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG），導致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化。除了與質膜結合的鳥苷酸環(huán)化酶外，在細胞質基質中還存在可溶性的鳥苷酸環(huán)化酶，它們是NO作用的靶酶，催化產(chǎn)生cGMP。（五）細胞因子受體超家族屬于酪氨酸激酶連接的受體（tyrosine kinase associated receptor）。細胞因子（cytokine），如：白介素（IL）、干擾素（IFN）、集落刺激因子（CSF）、生長激素（GH）等，在造血細胞和免疫細胞通訊上起作用，這類細胞因子的受體為單次跨膜蛋白，本身不具有酶活性，但與配體結合后發(fā)生二聚化而激活，羅織或連接胞內(nèi)酪氨酸蛋白激酶（如，JAK），其信號途徑為JAKSTAT或RAS途徑。JAK（just another kinase或janus kinase）是一類非受體酪氨酸激酶家族，已發(fā)現(xiàn)四個成員，即JAK1 、JAK2 、JAK3 和TYK1，其結構不含SH2 、SH3，C段具有兩個相連的激酶區(qū)。JAK的底物為STAT，即信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT），具有SH2和SH3兩類結構域。STAT被JAK磷酸化后發(fā)生二聚化，然后穿過核膜進入核內(nèi)調(diào)節(jié)相關基因的表達，這條信號通路稱為JAK-S