信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與疾病

1、第十章 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與疾病教學(xué)要求掌握細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體、G蛋白、受體病、蛋白質(zhì)磷酸化修飾等概念；熟悉細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本途徑以及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)不同環(huán)節(jié)的異常與疾病的關(guān)系；了解細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的生物學(xué)功能；細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常性疾病防治的病理生理學(xué)基礎(chǔ)。生物體和細(xì)胞感知周?chē)h(huán)境并對(duì)環(huán)境變化作出反應(yīng)的能力，對(duì)其生存具有重要作用。高等生物由億萬(wàn)個(gè)細(xì)胞所組成。各種器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器以及生物大分子在空間上是相互分離的，它們與外界環(huán)境之間更是如此，因此，對(duì)外界環(huán)境的刺激需要復(fù)雜的信號(hào)傳遞系統(tǒng)來(lái)完成刺激與效應(yīng)之間的生物學(xué)過(guò)程，才能使它們之間相互影響和協(xié)調(diào)一致，在整體上對(duì)外界環(huán)境的變化作出最有利于自身生存的反

2、應(yīng)。細(xì)胞通過(guò)位于胞膜或胞內(nèi)的受體感受胞外信息分子的刺激，經(jīng)復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換而調(diào)節(jié)其生物學(xué)功能，這種針對(duì)外源信息所發(fā)生的細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)的全過(guò)程就稱(chēng)為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction）。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是細(xì)胞對(duì)外界刺激作出應(yīng)答反應(yīng)的基本生物學(xué)方式。第一節(jié) 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本知識(shí)一、細(xì)胞間信號(hào)多細(xì)胞生物體由細(xì)胞組成具有不同功能的組織與器官。對(duì)于高等生物，細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)高度的定向分化，細(xì)胞間存在精密的分工，但要完成復(fù)雜的機(jī)體功能，需要細(xì)胞與細(xì)胞之間建立更緊密的聯(lián)系，以便協(xié)調(diào)整體生命活動(dòng)，因此，細(xì)胞間通訊（intra-cellular communication）對(duì)于維

3、持機(jī)體的正常生物學(xué)功能極其重要。通過(guò)質(zhì)膜結(jié)合分子的直接接觸型通過(guò)間隙聯(lián)接的直接聯(lián)系型通過(guò)分泌化學(xué)分子的間接接觸型圖10-1. 細(xì)胞間通訊的不同類(lèi)型細(xì)胞間通訊可分為以下三種類(lèi)型：1. 通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜表面的結(jié)合分子，如蛋白、糖蛋白和糖脂之間的特異性相互識(shí)別和作用，稱(chēng)為直接接觸型；2. 通過(guò)間隙連接（gap junction）通道的直接聯(lián)系型；3. 通過(guò)分泌化學(xué)信號(hào)分子的間接聯(lián)系型（圖10-1）。本文以化學(xué)信號(hào)分子的細(xì)胞間聯(lián)系來(lái)介紹細(xì)胞間通訊的過(guò)程。當(dāng)相隔一定距離的細(xì)胞之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離調(diào)控時(shí)，則通過(guò)間接通訊方式進(jìn)行。間接聯(lián)系型通訊的特點(diǎn)是不需要細(xì)胞之間的直接接觸，而是靠分泌釋放化學(xué)信號(hào)分子，通過(guò)血液或體

4、液進(jìn)行運(yùn)輸，作用于靶細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞之間的互相聯(lián)系。其作用方式可分為三種：神經(jīng)遞質(zhì)的分泌：神經(jīng)末梢受到刺激時(shí)產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，在神經(jīng)細(xì)胞之間或神經(jīng)細(xì)胞與靶細(xì)胞之間形成化學(xué)性突觸聯(lián)系；內(nèi)分泌（endocrine）作用：內(nèi)分泌激素釋放入血，隨血流運(yùn)輸?shù)缴矬w各部分，而只對(duì)有其受體的組織和細(xì)胞發(fā)生作用；旁分泌（paracrine）作用：生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子在被細(xì)胞分泌后，很快被吸收或破壞，只能對(duì)臨近的細(xì)胞起作用；自分泌（autocrine）作用：有些信號(hào)分子分泌后，又作用于自身細(xì)胞使產(chǎn)生某種特定的反應(yīng)。這種分類(lèi)并不是絕對(duì)的，同一種化學(xué)物質(zhì)有時(shí)有兩種或更多種類(lèi)的作用方式。細(xì)胞間化學(xué)信號(hào)分子具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1

5、特異性 細(xì)胞間信號(hào)分子只有在與特異性的受體結(jié)合，引起受體的構(gòu)象發(fā)生改變，將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)后，才能調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的功能。即細(xì)胞間分泌信號(hào)分子只對(duì)能識(shí)別它的、具有特異受體的靶細(xì)胞、靶器官起作用。2作用的復(fù)雜性 同一分子作用于不同靶細(xì)胞上不同的受體，其誘導(dǎo)的反應(yīng)不同，即使受體相同誘導(dǎo)的反應(yīng)也可不同；不同的信號(hào)分子在同一細(xì)胞可以產(chǎn)生相同的反應(yīng)，也可產(chǎn)生不同的反應(yīng)。3不同化學(xué)信號(hào)的時(shí)間效應(yīng)各異 動(dòng)物體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)介導(dǎo)的反應(yīng)最快，多數(shù)分泌激素協(xié)調(diào)細(xì)胞代謝時(shí)反應(yīng)也比較快，而在動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中，影響細(xì)胞、組織、器官分化和發(fā)育的一些分泌性化學(xué)信號(hào)，常常效應(yīng)時(shí)間持久。4細(xì)胞間信號(hào)分子存在兩種形式 大多數(shù)內(nèi)分泌激素、

6、神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子是親水性的，它們只能與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，通過(guò)受體的信號(hào)轉(zhuǎn)換才能起作用，介導(dǎo)較為短暫的反應(yīng)。甾類(lèi)及甲狀腺素、維甲酸等脂溶性信號(hào)分子不溶于水，在血液中靠與特殊載體結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)，故常可停留較長(zhǎng)時(shí)間；而且從血液中釋放出來(lái)后，很容易穿過(guò)靶細(xì)胞膜直接進(jìn)入細(xì)胞，并與胞質(zhì)內(nèi)或核內(nèi)的受體結(jié)合形成復(fù)合物，作為轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合，改變基因表達(dá)模式，影響生長(zhǎng)發(fā)育與分化，表現(xiàn)為長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)性細(xì)胞反應(yīng)。二、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)相對(duì)于細(xì)胞外信號(hào)（第一信使），在細(xì)胞內(nèi)傳遞細(xì)胞調(diào)控信號(hào)的化學(xué)物質(zhì)被稱(chēng)為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)或第二信使（second messenger）。一般認(rèn)為環(huán)磷酸腺苷（cyclic AMP, cAMP

7、），環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷（cyclic GMP, cGMP）、環(huán)ADP核糖（cyclic ADP-ribose, cADPR）、鈣離子（Ca2+）、三磷酸肌醇（trisphosphate inositol, IP3）、甘油二脂（diacyl glycerol, DG） 等為胞內(nèi)第二信使。生物體內(nèi)細(xì)胞受到刺激后，常先產(chǎn)生第一信使，與細(xì)胞表面或胞內(nèi)的受體相結(jié)合使受體活化，通過(guò)產(chǎn)生第二信使將信息傳遞到特定效應(yīng)部位而起作用。第二信使物質(zhì)在傳遞信號(hào)時(shí)絕大多數(shù)是通過(guò)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)方式進(jìn)行的，通過(guò)信號(hào)級(jí)聯(lián)（cascades）傳遞可改變酶的活性、影響離子通道（ion channel）的開(kāi)閉，或者調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，最終改變細(xì)

8、胞的功能，從而完成整個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。三、受體所有的化學(xué)信號(hào)都必須與受體（receptor）相結(jié)合才能將信號(hào)傳遞至細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的效應(yīng)分子，引起細(xì)胞反應(yīng)。作為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵起始構(gòu)件，受體在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中起著非常重要的作用。受體是存在于細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)的生物大分子物質(zhì)（多數(shù)為蛋白質(zhì)，個(gè)別為糖脂），能識(shí)別特異性的信號(hào)分子并與之結(jié)合，將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，使細(xì)胞對(duì)外界刺激產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)。而能與受體特異性結(jié)合的信號(hào)分子則稱(chēng)為配體（ligand）。根據(jù)以上定義，受體有兩方面的功能：第一是識(shí)別自己特異的信號(hào)物質(zhì)配體，識(shí)別的表現(xiàn)在于兩者特異性地結(jié)合。第二是把識(shí)別和接受的信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤的放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，

9、啟動(dòng)一系列胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最后導(dǎo)致特定的細(xì)胞效應(yīng)。要使胞間信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)，受體的兩個(gè)功能缺一不可。受體根據(jù)位置的不同可分為兩類(lèi)：細(xì)胞表面受體和細(xì)胞內(nèi)受體。細(xì)胞表面受體通常由與配體相互作用的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域（extra-cellular domain）、固定受體在細(xì)胞膜上的跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain）和起信號(hào)傳遞作用的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（intra-cellular domain）三部分組成。大部分的激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子等水溶性的信號(hào)分子，以及光、重力等某些環(huán)境因素，必須與膜受體相作用后，才能把信號(hào)傳遞到胞內(nèi)。細(xì)胞表面受體又可分為離子通道型受體、G蛋白偶聯(lián)型受體

10、（G protein-coupled receptor, GPCR）及具有酶活性的受體三大類(lèi)。而有些脂溶性信號(hào)分子，如類(lèi)固醇激素、甲狀腺素、維甲酸等能直接通過(guò)脂質(zhì)雙分子膜進(jìn)入細(xì)胞，與胞內(nèi)受體結(jié)合發(fā)揮信號(hào)傳遞作用。 （一）細(xì)胞表面受體1. 離子通道型受體 此類(lèi)受體的共同特點(diǎn)是除了作為受體可接受信號(hào)外，本身又具有離子通道的功能。通常是由多個(gè)亞基組成的多聚體，每個(gè)亞基具有2、4或5個(gè)跨膜域，亞基在膜上組裝成環(huán)狀的、中間可供離子通過(guò)的孔道。此型受體的配體主要為神經(jīng)遞質(zhì)等信息物質(zhì)。當(dāng)受體與配體結(jié)合后，可在極短的時(shí)間內(nèi)使離子通道迅速打開(kāi)，相應(yīng)離子可通過(guò)胞膜流入或流出細(xì)胞，產(chǎn)生離子流及電效應(yīng)，并導(dǎo)致膜電位的

11、變化。由離子通道型受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)無(wú)須中間步驟，反應(yīng)快，一般只需幾毫秒，根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式的不同又可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是配體依賴(lài)性復(fù)合體，另一類(lèi)是電壓依賴(lài)性復(fù)合體。前者常見(jiàn)于神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)肌肉接頭處，如煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAchR）、-氨基丁酸受體（gamma-aminobutyric acid A receptor, GABAR）、甘氨酸受體、谷氨酸/天冬氨酸受體、5-羥色胺受體和ATP受體。二氫吡啶類(lèi)受體是后者的代表。nAchR是典型的配體門(mén)控性受體，它位于神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)肌肉接頭處。電鏡下觀察呈環(huán)形顆粒狀，外形不對(duì)稱(chēng)，似

12、一朵玫瑰花瓣。nAchR單體是由，四種亞基組成的五聚體，即2，每一亞基各含五個(gè)長(zhǎng)度不同的跨膜區(qū)域，每個(gè)亞基的第二個(gè)跨膜區(qū)（M2）共同構(gòu)成Na通道的內(nèi)壁。Ach的結(jié)合部位是在兩個(gè)亞基上。當(dāng)兩分子的Ach與之結(jié)合時(shí)，該受體處于通道開(kāi)放構(gòu)象狀態(tài)，但時(shí)限非常短暫，在幾十毫微秒內(nèi)又回到關(guān)閉狀態(tài)。然后Ach與之解離，受體恢復(fù)到初始狀態(tài)，做好重新接受配體的準(zhǔn)備。電壓依賴(lài)性受體/離子通道復(fù)合體是單分子多肽，每個(gè)分子含4個(gè)同源性重復(fù)序列，跨膜形成離子通道。每個(gè)重復(fù)序列單位含6個(gè)跨膜片段，其中第四個(gè)片段構(gòu)成獨(dú)特性區(qū)域，規(guī)則排列的極性氨基酸序列被非極性氨基酸中斷，推測(cè)此部位代表電位感受器。2. G蛋白偶聯(lián)型受體 這

13、類(lèi)受體如與腎上腺素受體，毒蕈堿型乙酰膽堿受體（muscarinic acetylcholine receptor, mAchR）和視網(wǎng)膜視紫紅質(zhì)受體（rhodophane receptor, RhR）等都屬于此類(lèi)，在視覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)的產(chǎn)生中都有此類(lèi)受體的存在，是受體中十分重要的一類(lèi)。這類(lèi)受體須與G蛋白偶聯(lián)才能產(chǎn)生胞內(nèi)信使，將信號(hào)傳遞到胞內(nèi)。它們都是單體，形成7個(gè)螺旋的跨膜結(jié)構(gòu)，因此又稱(chēng)為七次跨膜受體（serpentine receptor）。由于肽鏈反復(fù)跨膜，在膜外側(cè)和膜內(nèi)側(cè)形成了幾個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別負(fù)責(zé)與配體的結(jié)合和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳遞，其中胞漿面第三個(gè)環(huán)能與G蛋白結(jié)合。各類(lèi)受體結(jié)構(gòu)上相似，表明它

14、們可能來(lái)自同一祖先基因。這類(lèi)受體的信息傳遞過(guò)程可歸納為：激素受體G蛋白酶第二信使蛋白激酶酶或功能蛋白生物學(xué)效應(yīng)。主要介導(dǎo)調(diào)節(jié)細(xì)胞物質(zhì)代謝和基因轉(zhuǎn)錄。3. 具有酶活性的受體 這類(lèi)受體是一種單次跨膜的酶蛋白，具有酪氨酸蛋白激酶（tyrosine protein kinase，TPK）活性或非酪氨酸蛋白激酶活性。整個(gè)受體分子分為3個(gè)結(jié)構(gòu)域，即胞外域與配體結(jié)合，胞內(nèi)域具有激酶活性，并可與ATP和底物結(jié)合，可把胞外信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)效應(yīng)，以及連接此兩個(gè)部分的跨膜結(jié)構(gòu)域。許多生長(zhǎng)因子，如血小板源性生長(zhǎng)因子（platelet-derived factor，PDGF），表皮生長(zhǎng)因子（epidermal gro

15、wth factor，EGF）和胰島素等的受體都屬于此類(lèi)受體。因此，這類(lèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化的調(diào)控中起著重要作用。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)膜上還有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性的受體，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transform growth factor , TGF-）受體超家族成員。激活的受體在空間上形成一個(gè)或數(shù)個(gè)SH2結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)這些位點(diǎn)與具有SH2結(jié)構(gòu)域（src homology-2 domain，SH2 domain）的蛋白質(zhì)結(jié)合并使之激活，激活的蛋白質(zhì)可進(jìn)一步催化細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)，是一種“經(jīng)濟(jì)”有效的細(xì)胞信號(hào)跨膜傳遞方式。（二）胞內(nèi)受體 胞內(nèi)受體通常是單體，其氨基末端的氨基酸序列高度

16、可變，長(zhǎng)度不一，具有轉(zhuǎn)錄激活作用，有配體結(jié)合域。此外這一區(qū)域?qū)τ谑荏w二聚化及轉(zhuǎn)錄的激活也有重要作用，其DNA結(jié)合域由6668個(gè)氨基酸殘基組成，富含半胱氨酸殘基，具兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger)，借此與DNA結(jié)合。胞內(nèi)受體在細(xì)胞內(nèi)的分布情況可不同，如糖皮質(zhì)激素、鹽皮質(zhì)激素的受體位于胞漿中，而維生素D3及維甲酸的受體則存在于胞核內(nèi)，還有一些可同時(shí)存在于胞漿及胞核中。研究發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)受體常在細(xì)胞漿和核區(qū)穿梭，并且這一過(guò)程受到細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)地嚴(yán)密控制。配體與受體結(jié)合后，能與啟動(dòng)子區(qū)DNA的激素反應(yīng)元件（hormone response element，HRE）結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。因此，由胞內(nèi)

17、受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)反應(yīng)過(guò)程較長(zhǎng)，參與調(diào)節(jié)許多與生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的生理過(guò)程。四 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑（一）cAMP/cGMP第二信使及其胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑1. G蛋白 G蛋白（GTP binding protein）一般指的是在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中與受體偶聯(lián)的，能與GTP或GDP結(jié)合的蛋白質(zhì)，位于細(xì)胞膜胞質(zhì)面。廣義的G蛋白是指所有能與GTP結(jié)合的蛋白質(zhì)，但它們之中有的雖然在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演重要角色，但并不與受體偶聯(lián)，而存在于不同的細(xì)胞部位，如小G蛋白（small GTP-binding protein），因其分子質(zhì)量較小而得名，最常見(jiàn)的是Ras；而有的可能與細(xì)胞信號(hào)傳遞并無(wú)直接聯(lián)系，如在蛋白質(zhì)合成中的伸長(zhǎng)因子（

18、enlongation factor）。在細(xì)胞信號(hào)傳遞中扮演重要角色的G蛋白主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是與膜受體偶聯(lián)的異源三聚體G蛋白，另一類(lèi)是以單體形式存在的小G蛋白。所有的G蛋白都具有GTP酶的活性，能水解GTP生成GDP，可把這些G都?xì)w屬于“G蛋白超家族”。異源三聚體G蛋白（heterotrimeric GTP-binding protein）由、三種亞基組成，亞基的分子質(zhì)量在3946 kD之間，各種G蛋白亞基中，亞基差別最大，因此亞基就被用作G蛋白分類(lèi)的依據(jù)，亞基具有多個(gè)功能位點(diǎn)，其中包括可與受體結(jié)合的部位、與亞基結(jié)合的部位、GTP或GDP結(jié)合部位以及與下游效應(yīng)分子相互作用的部位等，亞基還具有G

19、TP酶的活性。當(dāng)G蛋白處于非活化狀態(tài)時(shí)，它為異源三聚體，亞基上結(jié)合著GDP。激素配體與受體結(jié)合后，導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，其上與G結(jié)合位點(diǎn)暴露，受體與G蛋白結(jié)合，形成受體-G復(fù)合體后，亞基構(gòu)象改變，與亞基解離，并釋放GDP，結(jié)合GTP而被活化。目前，至少已分離鑒定了20多種不同的亞基，6種亞基和12種亞基。按功能 G蛋白可分為多種，常見(jiàn)的有：激動(dòng)型G蛋白（Gs）、抑制型G蛋白(Gi)、磷脂酶C型G蛋白（Gp）、Gt（transdution，轉(zhuǎn)導(dǎo)素）和Go蛋白。Gt位于視網(wǎng)膜感光細(xì)胞中，可以將光能轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)。Go是在提純腦組織中G蛋白的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，參與調(diào)節(jié)磷脂代謝，因而可能與肌醇磷脂信號(hào)系統(tǒng)有關(guān)

20、（見(jiàn)表10-1）。表10-1. 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的G蛋白G蛋白的類(lèi)型功能Gs激活腺苷酸環(huán)化酶Gi抑制腺苷酸環(huán)化酶Gp激活磷脂酰肌醇特異的磷脂酶CGt激活視覺(jué)神經(jīng)元活動(dòng)Go大腦中主要的G蛋白，可能調(diào)節(jié)離子通道 小分子量G蛋白主要位于絲裂原激活的蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase, MAPK)系統(tǒng)的上游，與異源三聚體G蛋白一樣，非活化狀態(tài)時(shí)結(jié)合GDP，當(dāng)受到外源性刺激時(shí)，釋放GDP，結(jié)合GTP，本身即被活化，而這些G蛋白亦具有GTP酶活性，將GTP水解為GDP，G蛋白本身又回到非活化狀態(tài)。Ras是最先發(fā)現(xiàn)的小分子量G蛋白，是Ras基因的產(chǎn)物。與異三聚體G蛋白不同

21、的是，Ras作為質(zhì)膜內(nèi)側(cè)蛋白，其活性主要受酪氨酸蛋白激酶調(diào)節(jié)，但是需要兩種蛋白中介：一是接頭蛋白(adaptor)，二是鳥(niǎo)苷酸釋放因子（guanine-nucleotide releasing factor，GRF）。2. 主要途徑 當(dāng)胰高血糖素、腎上腺素和促腎上腺皮質(zhì)激素等配體與靶細(xì)胞膜上特異性的受體相結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物時(shí)，受體構(gòu)象改變而被激活，活化的受體與G結(jié)合位點(diǎn)暴露，形成受體-G復(fù)合體，亞基構(gòu)象改變，釋放GDP，結(jié)合GTP而活化，亞基與亞基解離，同時(shí)暴露出與腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC）結(jié)合位點(diǎn)；亞基與AC結(jié)合使其活化，并進(jìn)一步催化ATP生成 cAMP，

22、使細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度升高（圖10-2）。維持十余秒后，亞基上的GTP酶活性使結(jié)合的GTP水解為GDP，亞基恢復(fù)最初構(gòu)象，從而與AC分離，AC活化終止，cAMP經(jīng)磷酸二脂酶降解成5-AMP而失活，亞基重新與亞基復(fù)合體結(jié)合，如有胞外信號(hào)配體與受體結(jié)合，以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。cAMP產(chǎn)生以后，激活cAMP依賴(lài)性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase，PKA），通過(guò)將代謝途徑中的一些靶蛋白上的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，將其激活或鈍化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的物質(zhì)代謝和基因表達(dá)。以糖原分解代謝為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明這一過(guò)程。當(dāng)動(dòng)物做劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，腎上腺素分泌增多，與肝細(xì)胞的-腎上腺素能受體結(jié)合，

23、受體變構(gòu)，使G蛋白活化，激活效應(yīng)器酶AC，產(chǎn)生cAMP，cAMP激活PKA，PKA進(jìn)而激活另外一種蛋白激酶-糖原磷酸化酶激酶，后者使糖原磷酸化酶磷酸化，從無(wú)活性的b形式轉(zhuǎn)化為有活性的a形式，糖原磷酸化酶a最終將糖原磷酸化，使其終端葡萄糖基脫下來(lái)，生成1-磷酸葡萄糖。在cAMP水平增高，激活蛋白磷酸化酶時(shí)，還可使一種專(zhuān)一的蛋白磷酸酶抑制蛋白磷酸化，從而使其激活。被激活的蛋白磷酸酶抑制蛋白轉(zhuǎn)而與活性蛋白磷酸酶結(jié)合而使其失活。這一過(guò)程使前述cAMP通過(guò)激活磷酸化酶，抑制磷酸酶，從而促使糖原趨向分解的方向更加強(qiáng)化?；罨腉還可以激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（guanylate cyclase，GC），產(chǎn)生cGMP

24、，再激活cGMP依賴(lài)性蛋白激酶（cGMP-dependent protein kinase，PKG）。PKG在腦組織和平滑肌中含量較豐富。GTP配體受體腺苷酸環(huán)化酶GDPGTPATPcAMP圖10-2. 異三聚體G蛋白對(duì)AC的激活在神經(jīng)系統(tǒng)中，cAMP參與神經(jīng)節(jié)突觸傳遞。當(dāng)某些突觸前神經(jīng)細(xì)胞興奮時(shí)，神經(jīng)末梢釋放遞質(zhì)，作用于突觸后膜上相應(yīng)的受體并激活A(yù)C，在突觸后膜合成cAMP，進(jìn)而激活PKA，通過(guò)膜蛋白的磷酸化改變膜對(duì)離子的通透性，從而影響神經(jīng)細(xì)胞的興奮性。在真核細(xì)胞中cAMP的作用也與轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)有關(guān)，即cAMP激活PKA后，后者對(duì)某些特異性的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行磷酸化，磷酸化的轉(zhuǎn)錄因子被活化，再與

25、基因的特定調(diào)節(jié)序列結(jié)合，從而調(diào)控基因的表達(dá)。在這些轉(zhuǎn)錄因子中，研究的最清楚的是cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）。下面以CREB為例，介紹cAMP對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：當(dāng)配體與其受體結(jié)合后，通過(guò)G蛋白活化AC產(chǎn)生cAMP，cAMP繼而活化PKA，使異四聚體的PKA解離，催化亞基（C亞基）由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入核內(nèi)，然后使轉(zhuǎn)錄因子CREB在氨基末端轉(zhuǎn)錄活性區(qū)附近的第133位絲氨酸殘基磷酸化而被活化，活化的CREB即可與DNA分子上的cAMP調(diào)節(jié)靶基因附近的cAMP反應(yīng)元件（cAMP response element, C

26、RE）的序列（TGACGTCA）結(jié)合，從而起調(diào)節(jié)靶基因的作用。此外，磷酸化的CREB可被蛋白磷酸酶-1（protein phosphatase，PP-1）脫去Ser133的磷酸基團(tuán)，從而終止CREB活化，即終止cAMP對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)信號(hào)。PP-1也可被PAK 催化亞基磷酸化激活，說(shuō)明存在一個(gè)負(fù)反饋的調(diào)節(jié)回路。受cAMP調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子還有CREM I、CREM II、ATF1、ATF 3、ATF 4、ATF 6等，它們都能與CRE結(jié)合，都屬于具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子家族。（二）膜磷脂代謝產(chǎn)物信使及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜是維持細(xì)胞生命活動(dòng)的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一。其中質(zhì)膜磷脂代謝在細(xì)胞信號(hào)傳遞中具有重要

27、作用。磷脂是細(xì)胞膜所特有的組分，而細(xì)胞內(nèi)其他部分的含量很少，其中肌醇磷脂在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中最為重要。肌醇磷脂主要分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，其總量約占膜磷脂總量的10%。主要包括三種：磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol, PI）、磷脂酰肌醇-4-磷酸（phosphatidylinositol­4­phosphate, PIP）和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol­4,5­bisphosphate，PIP2）。促甲狀腺激素釋放激素、去甲腎上腺素和抗利尿激素等作用于靶細(xì)胞膜上特異性受體后，通過(guò)Gp型G蛋白激活磷脂酰肌醇特異性

28、磷脂酶C (phospholipase C，PLC), 將PIP2分解為三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG），同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)胞內(nèi)信使，分別激動(dòng)兩個(gè)信號(hào)傳遞途徑即IP3/Ca2+和DG/PKC通路，因此，又把這一信號(hào)系統(tǒng)稱(chēng)之為“雙信使系統(tǒng)”。IP3是一種水溶性分子，其產(chǎn)生后可從胞膜擴(kuò)散至胞質(zhì)中，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體結(jié)合，使膜上的Ca2通道開(kāi)放，Ca2從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放入胞漿，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)Ca2信號(hào)系統(tǒng)；脂溶性的DG生成后仍留于細(xì)胞膜上，在存在有Ca2、磷脂酰絲氨酸的情況下激活蛋白激酶C （protein kinase C, PKC），PKC可磷酸化多種胞內(nèi)蛋白，由此啟動(dòng)細(xì)胞的一系列生理、生化反應(yīng)。胞外信號(hào)

29、受體細(xì)胞膜磷脂酶CIP3DGIP3 受體Ca2+Ca2+激酶磷酸化效應(yīng)圖10-3. 雙信使信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑PKC廣泛存在于細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)中。目前至少已發(fā)現(xiàn)12種PKC亞型，均由不同的基因所表達(dá)，在組織分布及底物特異性方面均不盡相同。具有一個(gè)親水的催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)疏水的、可與Ca2+或磷脂相互作用的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。在細(xì)胞培養(yǎng)和體外實(shí)驗(yàn)的條件下都已證明在細(xì)胞未受外界信號(hào)刺激時(shí)，PKC以非活性構(gòu)象存在于胞質(zhì)中，在細(xì)胞膜受體與外界信號(hào)結(jié)合后，PKC的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域與DG、磷脂酰絲氨酸及Ca2+結(jié)合，致使PKC構(gòu)象改變，催化結(jié)構(gòu)域暴露，PKC由此被激活，從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上。激活的PKC可對(duì)其底物進(jìn)行磷酸化，最后導(dǎo)

30、致特定的生理效應(yīng)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)DG的作用是提高PKC與Ca2和磷脂的親和力，使之在Ca2+的生理濃度的條件下就可被激活。PKC被激活后調(diào)節(jié)廣泛的細(xì)胞效應(yīng)，既涉及許多細(xì)胞的“短期生理效應(yīng)”，如分泌作用，肌肉收縮等，也參與細(xì)胞的DNA和蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞的生長(zhǎng)分化等與基因表達(dá)相關(guān)的“長(zhǎng)期效應(yīng)”（圖10-3）。（三）胞內(nèi)鈣信號(hào)途徑 在收縮、運(yùn)動(dòng)、分泌和分裂等復(fù)雜的生命活動(dòng)中，均需要Ca2+的參與和調(diào)節(jié)。細(xì)胞游離Ca2+濃度的升高或降低是形成Ca2+信號(hào)的基礎(chǔ)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，大多數(shù)細(xì)胞外游離Ca2+濃度在1001000 mmol/L左右；細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度為0.1 mmol/L左右，相差34個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，在

31、細(xì)胞外與細(xì)胞質(zhì)之間，以及胞內(nèi)鈣庫(kù)（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肌漿網(wǎng)、線粒體）和細(xì)胞質(zhì)之間存在著Ca2+濃度梯度。當(dāng)細(xì)胞受到特異性的刺激時(shí)，胞內(nèi)鈣庫(kù)的鈣通道或胞膜上的鈣通道開(kāi)放，致使細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度快速、大幅度升高，由此產(chǎn)生鈣信號(hào)。同其他胞內(nèi)信使一樣，鈣離子需要與其靶蛋白或靶酶結(jié)合才能傳遞信息。細(xì)胞中有許多能夠與鈣離子結(jié)合的蛋白質(zhì)（Ca2+ binding protein，CaBP），功能也不盡相同。其中最重要的是鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM），是細(xì)胞中分布最廣、功能最多、研究也最深入的一種。CaM是由19個(gè)氨基酸殘基組成的、耐熱、酸性的小分子單體蛋白，廣泛分布于真核細(xì)胞中。每個(gè)分子的CaM可以結(jié)合4個(gè)

32、鈣離子，當(dāng)胞漿Ca2+濃度10 mmol/L時(shí)，無(wú)活性的CaM即可與鈣離子結(jié)合，形成Ca2+-CaM復(fù)合物，CaM構(gòu)象發(fā)生改變，繼而激活下游靶蛋白或靶酶。CaM靶蛋白種類(lèi)很多，包括蛋白磷酸化酶和脫磷酸酶、鈣轉(zhuǎn)移酶（如鈣泵和電壓依賴(lài)性鈣通道）、肌球蛋白輕鏈激酶（myosin light chain kinase，MLCK）、鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性激酶（calmodulin-dependent protein kinase，CaM-PK）、以及其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的信號(hào)組分（如PED酶、AMP環(huán)化酶等）、細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白、核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子、RNA結(jié)合蛋白、分子伴侶蛋白等。CaM可以?xún)煞N方式調(diào)節(jié)它們的活性：1. 直

33、接與這些靶酶結(jié)合，誘導(dǎo)靶酶的活性構(gòu)象而調(diào)節(jié)它們的活性；2. 通過(guò)活化依賴(lài)Ca2+-CaM的蛋白激酶，再磷酸化許多靶酶，間接影響其活性。（四）酶活性受體與跨胞質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 這一途徑的特點(diǎn)是受體大多數(shù)是單次跨膜的糖蛋白，受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有磷酸化等酶的活性或具有募集胞質(zhì)酶蛋白的能力，能引起以級(jí)聯(lián)磷酸化反應(yīng)為主的跨胞質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此，可以單獨(dú)完成跨膜信號(hào)傳遞，而不需要第二信使的傳遞。包括蛋白酪氨酸激酶受體，其中研究最詳細(xì)的是受體酪氨酸蛋白激酶（receptor tyrosine protein kinase，RPTK）。RPTK由多個(gè)亞家族組成，包括多種多肽生長(zhǎng)因子受體、胰島素受體和同源癌基因產(chǎn)物的受體

34、。除胰島素受體以二聚體的形式存在外，其余受體都由一條單跨膜肽鏈組成。其中MAPK通路是研究的比較清楚的。MAPK是一個(gè)蛋白激酶家族，在哺乳動(dòng)物中，至少已克隆和鑒定了4個(gè)MAPK亞族，即細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)的激酶（extracellular signal­regulated kinase，ERK）、c-Jun N端蛋白激酶（c-Jun N terminal kinase，JNK）/應(yīng)激激活的蛋白激酶（stress­activated protein kinase，SAPK）、p38 MAPK、和大絲裂原活化蛋白激酶（big MAP kinase，BMK1）。這4條MAPK通路都是通

35、過(guò)MAPKKK（MAPK kinase kinase）®MAPKK（MAPK kinase）®MAPK（MAP kinase）保守的三級(jí)激酶級(jí)聯(lián)的形式傳遞信號(hào)。1. Ras/ERK通路 生長(zhǎng)因子如表皮生長(zhǎng)因子（EGF）與受體胞外域結(jié)合后（圖10-4），受體發(fā)生二聚化，從而改變受體的構(gòu)象，受體胞內(nèi)域酪氨酸殘基發(fā)生自身磷酸化，進(jìn)而活化酪氨酸激酶活性（TPK）。磷酸化的酪氨酸可被一類(lèi)含有SH2區(qū)的蛋白質(zhì)識(shí)別而結(jié)合。生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2（growth factor receptor-bound protein 2, Grb2）分子包含1個(gè)SH2結(jié)構(gòu)域和2個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域，作為接頭蛋

36、白結(jié)合到受體上，將胞漿中具有鳥(niǎo)苷酸交換因子活性并能與Grb2 的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合的Sos（son of sevenless）蛋白募集至細(xì)胞膜，Sos促進(jìn)無(wú)活性Ras所結(jié)合的GDP被GTP所置換，導(dǎo)致Ras活化。激活的Ras活化Raf （MAPKKK），進(jìn)而激活MEK（MAPKK），最終導(dǎo)致ERK（MAPK）的激活，由此完成了MAPK的三級(jí)激活過(guò)程。激活的ERK二聚化進(jìn)入核內(nèi)，促進(jìn)多種轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，如促進(jìn)血清反應(yīng)因子（serum response factor，SRF）磷酸化，使其與含有血清反應(yīng)元件（serum response element，SRE）的靶基因啟動(dòng)子相結(jié)合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性；ER

37、K也可在胞漿內(nèi)促進(jìn)胞漿靶蛋白磷酸化或調(diào)節(jié)其他蛋白的活性，如激活磷脂酶A2；ERK還可激活參與蛋白質(zhì)翻譯調(diào)節(jié)的激酶，從而影響蛋白質(zhì)的翻譯過(guò)程。MAPK cascade細(xì)胞效應(yīng)表皮生長(zhǎng)因子PPPPRasGRB2SOS自身磷酸化二聚化SH2 結(jié)構(gòu)域SH3 結(jié)構(gòu)域受體Raf圖10-4. 表皮生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路2. JNK/SAPK通路 應(yīng)激激活的蛋白激酶（SAPK）是不同于ERK的另一個(gè)MAPK家族成員，其介導(dǎo)的JNK/SAPK通路是與Ras/ERK并行的另一條MAPK通路，核內(nèi)靶轉(zhuǎn)錄因子為Jun，SAPK可有效磷酸化Jun，引起轉(zhuǎn)錄激活，而ERK卻不能?；罨荏w的磷酸化酪氨酸位點(diǎn)也可被含有S

38、H2區(qū)的PLC識(shí)別并與之結(jié)合，進(jìn)一步導(dǎo)致PLC激活，水解PIP2生成IP3和DG，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的活動(dòng)。3. p38 MAPK通路 p38最初作為一種能被LPS激活的激酶而鑒定。在篩選抑制炎癥因子生成的化合物時(shí)發(fā)現(xiàn)一族吡啶-異咪噠唑化合物能夠通過(guò)抑制p38 MAPK的活性而抑制IL-1和TNF-a的生成。除了LPS之外，生血細(xì)胞因子，如促紅細(xì)胞生成素 (erythropoietin, EPO)和白細(xì)胞介素3 (IL-3)、致炎細(xì)胞因子、細(xì)菌成分、紫外線照射、細(xì)胞外高滲、H2O2、熱休克等刺激都能激活這條通路。目前已鑒定4種p38亞型，即p38a、p38b、p38g、p38d。這些亞型在炎癥條件下

39、的激活具有各自不同的特性。對(duì)細(xì)胞內(nèi)p38的定位及其對(duì)刺激的反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)在RAW264.7細(xì)胞、心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等的靜息狀態(tài)下，其主要散在分布于胞漿內(nèi)，LPS、UV、高溫刺激后，p38被激活并移位入核。提示轉(zhuǎn)錄因子可能是p38 MAPK的重要作用目標(biāo)。目前已發(fā)現(xiàn)p38能激活A(yù)TF2、CHOP10、MEF2C （myocyte enhancer factor 2C）等轉(zhuǎn)錄因子。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)參與細(xì)胞反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)是MAPK的重要功能。除了轉(zhuǎn)錄因子之外，p38還能激活細(xì)胞內(nèi)的一些蛋白激酶，如MAPK激活蛋白激酶（MAPK activated protein kinase 2/3

40、, MAPKAPK2/3）、MAPK整合激酶（MAP kinase signal-integrating kinase, MNK）和p38調(diào)節(jié)/激活蛋白激酶（p38 regulated/activated protein kinase, PRAK）。這些絲氨酸/蘇氨酸家族的成員被磷酸化激活后，轉(zhuǎn)而激活低分子量熱休克蛋白(small heat-shock protein, sHSP)，從而介導(dǎo)細(xì)胞骨架重構(gòu)，參與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)。p38亞族的不同激酶可轉(zhuǎn)移到特定的細(xì)胞內(nèi)部位，作用到細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的目標(biāo)，從而發(fā)揮不同的調(diào)節(jié)功能。4. BMK1通路 BMK1又同時(shí)被鑒定為ERK5。研究表明，TNF-a、H2O

41、2、細(xì)胞外高滲等刺激均能激活該蛋白激酶，說(shuō)明該通路可能也參與某些條件下的炎癥反應(yīng)調(diào)控。對(duì)p38 MAPK和BMK1 在TNF-a誘導(dǎo)c-jun表達(dá)中的調(diào)控作用的研究發(fā)現(xiàn)p38 和BMK1在TNF-a誘導(dǎo)c-jun轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中具有協(xié)同作用。TNF-a通過(guò)激活p38和BMK1，使MEF2A和MEF2D磷酸化，從而誘導(dǎo)MEF2A/MEF2D異源二聚體形成，這在TNF-a誘導(dǎo)的c-jun基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)調(diào)控中起著重要的作用。（五）非受體蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 一部分生長(zhǎng)因子、大部分細(xì)胞因子、生長(zhǎng)激素（growth hormone, GH）、干擾素（interferon，INF）、紅細(xì)胞生成素（EPO）、一些

42、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）和粒細(xì)胞集落刺激因子（colony­stimulating factor，CSF）等的膜受體本身并無(wú)蛋白激酶活性，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是由非受體TPK介導(dǎo)的。現(xiàn)以INF-為例，說(shuō)明其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。INF-與受體結(jié)合使受體發(fā)生二聚化后，受體胞內(nèi)近膜區(qū)可與胞漿內(nèi)非受體酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）結(jié)合并發(fā)生磷酸化，進(jìn)而與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）相結(jié)合。在JAK的催化下，STAT中的酪氨酸磷酸化，STAT分子中還存在SH2結(jié)構(gòu)域，一個(gè)ST

43、AT中的磷酸酪氨酸位點(diǎn)與另一個(gè)STAT中的SH2結(jié)構(gòu)域間交互結(jié)合，形成STAT二聚體轉(zhuǎn)移入核，與DNA啟動(dòng)子的活化序列結(jié)合，誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)，促進(jìn)多種蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)胞抵御病毒感染的能力。（六）胞內(nèi)受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 細(xì)胞內(nèi)受體分布于胞漿或核內(nèi)，本質(zhì)上都是配體調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，均在核內(nèi)啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并影響轉(zhuǎn)錄，故統(tǒng)稱(chēng)為核受體。靜息狀態(tài)下，胞內(nèi)受體位于胞漿中，在未與配體結(jié)合前與熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）結(jié)合存在，阻止了受體向細(xì)胞核的移動(dòng)及其與DNA的結(jié)合，處于非活化狀態(tài)。當(dāng)配體與受體的結(jié)合時(shí)，受體構(gòu)象發(fā)生改變，使HSP與其解離，暴露DNA結(jié)合區(qū)。激活的受體通

44、過(guò)DNA結(jié)合域完成二聚化并轉(zhuǎn)移入核，與DNA上的激素反應(yīng)元件（HRE）相結(jié)合或與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用，增強(qiáng)或抑制靶基因轉(zhuǎn)錄（圖10-5）；核內(nèi)受體不與HSP結(jié)合，多以同源或異源二聚體的形式與DNA或其它蛋白質(zhì)結(jié)合，配體入核與受體結(jié)合后，激活受體并經(jīng)HRE調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。HRE細(xì)胞外配體DNA誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄受體Hsp56細(xì)胞膜Hsp70Hsp90核膜圖10-5. 胞漿內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑第二節(jié) 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙與疾病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在生命現(xiàn)象中有非常重要的作用，機(jī)體穩(wěn)態(tài)的維持是健康的保證，這就需要機(jī)體所有細(xì)胞的功能處于精確的調(diào)控之下。信息傳遞過(guò)程中任一環(huán)節(jié)的異常都使得細(xì)胞不能對(duì)外界刺激作出正確反應(yīng)，最終導(dǎo)致

45、疾病的發(fā)生?？梢哉f(shuō)，各種疾病的發(fā)生和發(fā)展都直接或間接歸因于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程的異常。有些疾病是由特異性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子異常所引起，有些是由于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的一環(huán)或多個(gè)環(huán)節(jié)異常所引起。本章從這兩個(gè)角度對(duì)一些疾病的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行介紹。一、受體異常與疾病 由于受體的數(shù)量、結(jié)構(gòu)或功能的異常，導(dǎo)致受體不能介導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)在靶細(xì)胞中所應(yīng)有的效應(yīng)，稱(chēng)為受體病或受體異常癥。根據(jù)發(fā)病機(jī)制的不同又可分為三型。（一）遺傳性或原發(fā)性受體病 這是一類(lèi)由于受體基因突變導(dǎo)致的受體數(shù)量減少或結(jié)構(gòu)異常所引起的疾病。1. 家族性高膽固醇血癥 該病是由于患者肝細(xì)胞膜上低密度脂蛋白（low density lipoprotein,

46、 LDL）受體的數(shù)量因基因突變而顯著減少，僅為正常人的60，有的患者受體的數(shù)量雖然正常，但與配體結(jié)合區(qū)發(fā)生點(diǎn)突變而與配體的結(jié)合能力缺乏或變異，或編碼胞漿區(qū)的基因突變使受體與配體結(jié)合后不能介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)。這些都使得患者肝細(xì)胞對(duì)血液中LDL的攝入能力降低，LDL持續(xù)存在于血液中，引起高膽固醇血癥。2. 非胰島素依賴(lài)性糖尿病 是一種常見(jiàn)的遺傳性受體病。胰島素受體是具有酪氨酸激酶活性的受體，它的數(shù)量減少或功能障礙使胰島素激發(fā)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異常，造成糖代謝不能正常進(jìn)行，最終導(dǎo)致糖尿病。3. 家族性先天性紅細(xì)胞增多癥 由于促紅細(xì)胞生成素受體（EpoR）發(fā)生突變，使EpoR胞漿區(qū)失去部分序列，而這種序

47、列是與造血細(xì)胞磷酸酶受體活化的負(fù)性調(diào)節(jié)分子的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致該受體對(duì)EPO的敏感性增加10倍，從而促進(jìn)了EPO信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和紅細(xì)胞生成。4. Laron綜合癥 是一種常染色體隱性遺傳病，導(dǎo)致產(chǎn)生異常的生長(zhǎng)激素受體，其特征是身體矮小而肥胖，低血糖及高水平的血液游離脂酸，與缺乏生長(zhǎng)激素的個(gè)體相似，但對(duì)生長(zhǎng)激素治療無(wú)反應(yīng)。5. 嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷綜合癥（severe combined immune-deficient, SCID） 由于IL-2R功能缺陷，導(dǎo)致共用IL-2R亞單位的受體功能喪失，致使IL-2R、IL-4R、IL-7R、IL-9R均喪失功能而出現(xiàn)相應(yīng)的免疫缺陷表型。還有FGF受體異常造成的胃癌

48、；抗利尿激素（anti-diuretic hormone, ADH）受體異常導(dǎo)致的腎性尿崩癥；靶細(xì)胞上受體異常導(dǎo)致對(duì)激素的反應(yīng)性降低或缺失，導(dǎo)致了激素抵抗綜合癥的發(fā)生；家族性男性思春期早發(fā)癥（因黃體激素受體異常所致）和視網(wǎng)膜色素變性（因視紫紅質(zhì)變異而致）。還有，凝血酶A2受體異常造成的凝血酶A受體異常癥、抗胰蛋白酶受體異常造成的高血壓等等。甾體激素受體所致疾病主要有髓性肌萎縮癥、甲狀腺激素不應(yīng)癥和急性原髓性白血病等等。（二）自身免疫性受體病 是由于體內(nèi)產(chǎn)生了針對(duì)受體的自身抗體而引起疾病，根據(jù)結(jié)果的不同又可分為刺激性抗體或阻斷性抗體，前者引起細(xì)胞對(duì)配體的反應(yīng)性增強(qiáng)，后者則干擾配體與受體的結(jié)合，導(dǎo)

49、致細(xì)胞的反應(yīng)性降低。1. 重癥肌無(wú)力 正常情況下，當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)神經(jīng)末梢時(shí)，可釋放乙酰膽堿（Ach），后者與骨骼肌運(yùn)動(dòng)終板膜表面的Ach受體（AchR）結(jié)合，經(jīng)過(guò)一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，引發(fā)肌肉收縮。而該病患者體內(nèi)產(chǎn)生了抗AchR的抗體，通過(guò)干擾Ach與受體的結(jié)合，使興奮從神經(jīng)傳遞到肌肉的過(guò)程發(fā)生障礙，同時(shí)促使受體發(fā)生分解，細(xì)胞表面受體的數(shù)量明顯減少，從而影響肌肉的收縮?；颊咻p微運(yùn)動(dòng)后就感到疲乏無(wú)力，經(jīng)休息后可有不同程度的緩解。重者可波及全身肌肉，甚至因呼吸肌受累而危及生命。2. 自身免疫性甲狀腺病 腺垂體合成和釋放的促甲狀腺素（TSH）作用于甲狀腺細(xì)胞膜上的TSH受體，經(jīng)G蛋白偶聯(lián)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途

50、徑調(diào)節(jié)甲狀腺細(xì)胞的生長(zhǎng)和甲狀腺素的分泌。當(dāng)體內(nèi)出現(xiàn)抗甲狀腺素的自身抗體時(shí)，可引起自身免疫性甲狀腺病。根據(jù)自身抗體的性質(zhì)又可分為兩類(lèi)，第一：刺激性抗體，其可模擬TSH的作用，與TSH受體結(jié)合后，通過(guò)激活G蛋白，促進(jìn)甲狀腺素的分泌和甲狀腺腺體的生長(zhǎng)，見(jiàn)于彌漫性甲狀腺腫（Graves病）；第二：阻斷性抗體，其與TSH受體結(jié)合后，抑制了TSH與受體的結(jié)合，消除或減弱了TSH的作用，抑制了甲狀腺素的分泌，造成甲狀腺功能減退，見(jiàn)于慢性淋巴細(xì)胞性甲狀腺炎和特發(fā)性粘液性水腫。（三）繼發(fā)性受體病 這是一類(lèi)由于機(jī)體自身代謝紊亂引起受體異常后產(chǎn)生的疾病，肥胖可降低胰島素受體的功能，引發(fā)糖尿?。恍牧λソ呖墒剐募〖?xì)胞上

51、受體的數(shù)量減少，對(duì)兒茶酚胺的敏感性降低，這樣雖可對(duì)心力衰竭時(shí)過(guò)量的兒茶酚胺刺激發(fā)生代償反應(yīng)，但另一反面也促進(jìn)了心力衰竭的發(fā)展。二、G蛋白異常與疾病 在致病因素的作用下，G蛋白有三種主要的改變：G蛋白亞單位的基因突變，導(dǎo)致G蛋白功能紊亂；亞單位基因表達(dá)的改變；細(xì)菌毒素導(dǎo)致 亞單位翻譯后修飾的改變。（一）亞單位結(jié)構(gòu)活化 在正常情況下，垂體生長(zhǎng)激素分泌細(xì)胞受到下丘腦分泌的激素的調(diào)控，當(dāng)發(fā)生基因突變時(shí)，這些細(xì)胞中G蛋白的亞單位GTP酶活性降低約30倍，引起G蛋白持續(xù)活化，cAMP升高，甚至在缺乏細(xì)胞外刺激時(shí)亦如此。從而使這些細(xì)胞逃脫下丘腦的調(diào)控，導(dǎo)致垂體分泌生長(zhǎng)激素的細(xì)胞大量增生及激素分泌增多，形成垂

52、體腫瘤。（二） G蛋白功能缺乏 Albright遺傳性骨營(yíng)養(yǎng)不良（AHO）是一種少見(jiàn)的基因異常導(dǎo)致的遺傳性疾病?；颊甙橛蠫s的亞基活性缺乏，導(dǎo)致AC活性缺乏。（三） G蛋白基因表達(dá)的改變 G蛋白表達(dá)的水平對(duì)維持正常的生理狀態(tài)很重要，試驗(yàn)證明G蛋白表達(dá)水平的改變可導(dǎo)致心血管疾病。在肥大性或擴(kuò)張性心肌病模型中，發(fā)現(xiàn)Gs的亞基 mRNA水平降低，伴有Gs生物活性的降低，Gi的亞基水平的增加。腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)也與瘤細(xì)胞膜上某些G蛋白表達(dá)水平的改變有關(guān)。G蛋白的水平還可影響到藥物的耐受性及依賴(lài)性，乙醇耐受性的動(dòng)物模型顯示在小腦及垂體前葉s表達(dá)水平降低，說(shuō)明乙醇耐受與s表達(dá)降低之間有關(guān)。（四） 細(xì)菌毒素對(duì)G

53、蛋白翻譯后的修飾 G蛋白行使完其功能后，由亞單位內(nèi)源性GTP酶活性所滅活?；魜y毒素進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞以后直接作用于Gs的亞單位，使其發(fā)生ADP-核糖化修飾。亞單位受到修飾后，其固有的GTP酶活性喪失，不能恢復(fù)到GDP結(jié)合形式，因而Gs處于持續(xù)活化狀態(tài)，細(xì)胞中cAMP含量持續(xù)升高。促使Cl與HCO3不斷進(jìn)入腸腔引起急性腹瀉和脫水；百日咳毒素可逆轉(zhuǎn)AC的­腎上腺素能抑制作用。百日咳毒素的修飾導(dǎo)致Gi蛋白從與它相結(jié)合的受體分離，打破了Gs與Gi的平衡，結(jié)果仍是導(dǎo)致了cAMP的增加，從而刺激胰腺細(xì)胞釋放胰島素。這就是百日咳桿菌感染引起低血糖的機(jī)制。三、蛋白激酶異常與疾病 （一）PKC與疾病 1

54、. 哮喘 哮喘是由多種炎性細(xì)胞參與的氣道慢性非特異性炎癥，多種炎性細(xì)胞釋放的各種炎性介質(zhì)與細(xì)胞因子在其發(fā)病中扮演重要角色。PKC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在這些炎癥介質(zhì)的釋放中具有十分重要的作用，可密切調(diào)控淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞的功能。2. 慢性阻塞性肺病（Chronic obstructive pulmonary disease, COPD） 在COPD中，引起肺部破壞的酶為基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP），這些酶使肺內(nèi)膠原和彈性蛋白破壞，肺泡受損。研究表明，PKC的激活可增強(qiáng)MMP的釋放。PKC還通過(guò)抑制內(nèi)皮源性NO活性，使NO擴(kuò)血管的作用降低

55、，促使H2O2等氧自由基釋放，致花生四烯酸增加，促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖，共同導(dǎo)致了COPD的缺氧性肺動(dòng)脈高壓。3. 腫瘤 PKC亞型的異常表達(dá)和活性的增高在腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移等過(guò)程中起重要作用，如在小細(xì)胞肺癌中，PKC，和表達(dá)明顯增加；在人急性白血病細(xì)胞中PKC，和的表達(dá)異常增高；肝癌肺轉(zhuǎn)移病灶中PKC表達(dá)增加。某些PKC亞型對(duì)腫瘤具有抑制作用，PKC過(guò)度表達(dá)可抑制人乳腺癌細(xì)胞增生。4. 高血壓 PKC過(guò)度表達(dá)能促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的分化和增生，這與動(dòng)脈硬化和高血壓的發(fā)病有密切關(guān)系。5. 自身免疫性疾病 自身免疫性疾病是由T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的疾病，其發(fā)病機(jī)制主要是T淋巴細(xì)胞功能不恰當(dāng)?shù)幕罨?，而PKC在T

56、細(xì)胞的增生和活化中起重要作用，在自身免疫性甲狀腺炎細(xì)胞中，PKC、和明顯升高。（二）酪氨酸蛋白激酶與疾病 在B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞胞漿中有多種非受體型酪氨酸激酶，它們?cè)趥鬟f淋巴細(xì)胞特異性信號(hào)、決定淋巴細(xì)胞的分化中起著重要作用。其中有一種btk基因編碼的蛋白酪氨酸激酶BTK，其在決定B淋巴細(xì)胞的分化中起關(guān)鍵作用，如果病人B淋巴細(xì)胞中的btk轉(zhuǎn)錄受阻或發(fā)生點(diǎn)突變，使BTK減少或者異常，幼稚的B淋巴細(xì)胞就不能分化為產(chǎn)生免疫球蛋白的漿細(xì)胞，導(dǎo)致了臨床上一種人類(lèi)X染色體連鎖遺傳性免疫缺陷病Bruton綜合癥的發(fā)生。患者血內(nèi)缺乏丙種球蛋白，體液免疫功能完全喪失而由T淋巴細(xì)胞所引起的細(xì)胞免疫功能是正常的。R

57、et是原癌基因ret編碼的細(xì)胞跨膜糖蛋白，是受體酪氨酸激酶（RTK）家族的一個(gè)新成員。通常RTK的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中Ras-GTP復(fù)合物增多常常導(dǎo)致MAPK活化，然而在Ret引發(fā)的途經(jīng)中，Ras和MAPK 的活化之間無(wú)相關(guān)性，表明Ret通過(guò)一條獨(dú)特的途徑介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。Ret存在于人腸神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、嗜鉻細(xì)胞瘤、甲狀腺髓樣癌、甲狀腺C細(xì)胞和黑素細(xì)胞等細(xì)胞中表達(dá)，其介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)調(diào)節(jié)神經(jīng)脊細(xì)胞的增殖、分化、遷移到腸壁，對(duì)腸神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，對(duì)腎臟輸尿管芽形成及腎組織器官發(fā)育，對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的發(fā)育都起著重要作用。甲狀腺乳頭狀腺癌（PTC）與ret基因重排有關(guān),家族遺傳甲狀腺髓樣癌（FMTC）

58、組織存在ret基因點(diǎn)突變。先天性巨結(jié)腸（HSCR）是在胚胎發(fā)育中，神經(jīng)脊細(xì)胞向低位腸道遷移發(fā)生障礙，造成腸道粘膜下層和后腸肌叢中缺乏副交感神經(jīng)細(xì)胞。HSCR基因?yàn)槌Ｈ旧w顯性，與ret原癌基因連鎖。胚胎干細(xì)胞的ret基因缺乏導(dǎo)致HSCR的發(fā)生。 四、轉(zhuǎn)錄因子異常與疾病 細(xì)胞外刺激通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑引起細(xì)胞功能發(fā)生改變，其中一個(gè)最重要的機(jī)制就是把信號(hào)傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，激活轉(zhuǎn)錄因子的活性，后者再與各種基因的調(diào)控元件結(jié)合，調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，使細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。因此轉(zhuǎn)錄因子的異常也會(huì)引起疾病。如，轉(zhuǎn)錄因子AML1的異常就造成急性骨髓性白血病。STAT是一類(lèi)DNA結(jié)合蛋白，作為JAK-STAT途經(jīng)中重要的JAK底物，STAT在細(xì)胞因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著關(guān)鍵性的作用。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中STAT亞型有6種：即STAT16。 STA