信号转导途径

信号转导途径Signaltransductionpathways生理教研室潘敬运教授一、信号转导途径的基本概念（一）细胞信号转导（二）细胞外调节物质：内分泌激素、神经递质和神经肽旁分泌和自分泌局部活性物质。配体(ligand)；激动剂(agonist).（三）受体（四）蛋白激酶和蛋白磷酸酶。（五）细胞功能反应：长期作用短期作用。（三）受体1、离子通道型受体：如nACh受体，GABA受体等2、G蛋白偶联受体:7个跨膜螺旋结构。膜外C端肽：肽链被多糖修饰；跨膜区：膜外区是与配体结合部位；膜内肽链N端是G蛋白偶联区，具有可被磷酸化的丝/苏氨酸残基。G蛋白耦联的膜受体有500个以上，包括-和-肾上腺素受体，乙酰胆碱M受体，5-羟色胺受体，腺苷受体，嗅受体,视紫红质受体和肽类受体等。（1）G蛋白（A）G蛋白的组成：1亚单位，1单位和1亚单位。紧密结合在一起。失活的G蛋白以GDP-异三聚体形式存在。G蛋白激活：激动剂与受体结合，使G蛋白的与分离，GDP-变为GTP-＋。G蛋白失活：G蛋白有内在的GTP酶活性，水解GTP,使GTP-变成GDP-。G有4个家族：Gi，Gs，Gq,G12/13。形成Gi途径，Gs途径，Gq途径,12/13途径。分别调节代谢酶，离子通道，转录机制，运动、收缩机制，分泌机制和学习记忆胚胎发育。（B）G蛋白介导的信号途径（a）c-AMP-蛋白激酶A途径（b）c-GMP-蛋白激酶G途径（c）磷酸肌醇途径（d）细胞内钙信号途径（e）MAPK途径（f）G直接激活K＋通道，调节心率；B.单聚GTP结合蛋白(GTP-bindingprotein)，小G蛋白小G蛋白是单聚GTP结合蛋白。包括Ras调节生长、分化；Rho（RhoA～D、E、F，Cdc42，Rac）调节肌纤蛋白，细胞骨架；Rab，ARF调节小泡的运输等。Ras是分子开关：由鸟苷酸交换因子（GEF）激活，GDPRas→GTPRas。GTPRas被GTP酶激活蛋白（GAPs）去磷酸变成GDPRas而失活。3、多肽生长因子受体（1）酪氨酸蛋白激酶受体（ReceptortyrosinkinaseRTK）生长因子受体。内在的酪氨酸蛋白激酶的活性和酪氨酸自身磷酸化位点。PKA等丝/苏氨酸蛋白激酶作用位点。配体与受体结合后，形成二聚体激活受体自身的酪氨酸蛋白激酶，使受体与接合体蛋白结合（adapterprotein）然后启动Ras-MAPK的信号传导途径。接合体蛋白：Sch，Grb2和Nck。含有SH2和SH3构域。SH2与含有磷酸化酪氨酸蛋白质结合，SH3与富含脯氨酸区域结合，介导Ras-MAPK的激活。SH是Src同源构域（ScrhomologydomainSH）Sch（SH2-domaincontainingadapterprotein）中的SH2与RTK中的磷酸化酪氨酸结合后,Shc本身被RTK的酪氨酸激酶磷酸化，通过Grb2中的SH2与磷酸化Sch结合,也和磷酸化酪氨酸的RTK结合，因此，Sch-Grb2复合物便被募集到RTK上，与Sos(鸟苷酸激活因子）结合，激活Ras，从而启动Ras-MAPK途径。Src是第一个被发现具有酪氨酸蛋白激酶活性的癌蛋白质。Src家族有9个成员，由c-src、c-yes、c-lyn、c-fyn、c-ick、c-blk、c-fgr、c-hck和c-yrk等原癌基因编码表达的癌蛋白，是非受体型酪氨酸蛋白激酶。有SH1、SH2、SH3和SH4同源区。SH1是酪氨酸蛋白激酶的活性中心，有自身磷酸化位点；SH2和SH3是Src与其他大分子相结合的位点；SH4与Src在细胞膜内侧的定位密切相关。（2）细胞因子受体与免疫或造血细胞的信号传导有关。细胞因子：白细胞介素（IL）、干扰素（IFN）、集落刺激因子（CSF）、生长激素（GH）等。无激酶结构区，不具有酪氨酸蛋白激酶的活性。受体与配体结合后生成二聚体，募集胞浆内的Src家族（Lck、Lyn、Fyn等）的酪氨酸蛋白激酶，使细胞因子受体中的酪氨酸残基磷酸化，然后接合体蛋白Shc和Grb2等募集到细胞因子受体上，激活SOS，再激活Ras-MAPK途径。受体与配体结合后生成二聚体，募集胞浆内的酪氨酸蛋白激酶如JAK，使受体与JAK的酪氨酸残基被磷酸化，然后，启动JAK-STAT信号传导途径，影响细胞的生长、分化和凋亡等。（四）蛋白激酶和蛋白磷酸酶（1）蛋白激酶催化蛋白质的磷酸化。(A)丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，磷酸化蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基；(B)酪氨酸蛋白激酶，磷酸化蛋白质的酪氨酸；(C)双重激酶，既磷酸化丝氨酸/苏氨酸，也磷酸化酪氨酸。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的活性受第二信使如cAMP,cGMP,Ca2+，IP3和二酰基甘油的调节，如cAMP-依赖蛋白激酶、cGMP-依赖蛋白激酶、Ca2+和钙调蛋白-依赖蛋白激酶、二脂酰甘油（DAG）激活的蛋白激酶C。二、信号转导途径的类型（一）G蛋白介导信号转导途径（二）丝裂素活化蛋白激酶途径（三）JAK-STAT途径（四）心房钠尿肽—鸟苷酸环化酶途径（一）G蛋白介导信号转导途径1、受体-G蛋白-cAMP-蛋白激酶A途径肾上腺素与受体结合，形成复合物，激活Gs，后者激活腺苷酸环化酶（AC），催化ATP转化成cAMP，激活cAMP依赖蛋白激酶A（PKA）。霍乱毒素催化ADP-核糖加到Gs的亚基。持续激活Gs，导致腺苷酸环化酶持续激活。cAMP持续升高，小肠腔面的刷毛缘膜上氯通道开放，引起Cl-Na+和水进入小肠腔内，结果导致持续性腹泻，这是霍乱的特征。抑制性配体与它的受体（如2受体）结合，激活Gi，Gi抑制腺苷酸环化酶活性。PKA的功能：激活磷酸化酶激酶(PhosK)使糖原分解；增加心肌细胞Ca2+内流，加强心肌收缩力；调节转录因子；cAMP激活Rap1,从而激活MAPK途径；PKA抑制Raf1，抑制MAPK途径。2、受体-G蛋白-DAG/PKC途径配体与受体结合激活Gq，后者激活磷脂酶C（PLC），水解磷脂酰二磷酸肌醇为IP3和DAG，IP3使贮存的内Ca2＋释放，Ca2＋和DAG激活PKC。PKC有10种同型异构体PKC的功能PKC调控细胞分裂、增殖甚至癌变。PKC直接激活Raf，激活MAPK途径。Gq通过PYK2间接激活MAPK途径。3、受体-G蛋白-DAG/PKC途径配体与受体结合激活Gq，后者激活磷脂酶C（PLC），水解磷脂酰二磷酸肌醇为IP3和DAG，IP3使贮存的内Ca2＋释放，Ca2＋与钙调素结合（CaM），形成CaM-Ca2＋复合物，再激活依赖CaM的蛋白激酶而发挥调节作用。②通过第二信使调节离子通道视觉传导通过cGMP介导离子通道：视杆细胞外段的cGMP门控Na+通道，在暗处，cGMP含量升高，使Na+通道激活开放，Na+内流去极化；光激活视紫红质受体后，激活Gt，增加cGMP磷酸二脂酶活性，分解cGMP，使cGMP浓度下降，cGMP激活的Na+通道关闭，杆细胞超极化，形成感受器电位。(二)丝裂素活化蛋白激酶（Mitogen-activatedproteinkinaseMAPK）途径1、MAPK信号转导途径的组成：MAPK，MKK和MKKK三个成分。MAPK有12个成员，是丝氨酸/苏氨酸激酶被MKK激活；MKK有7个成员，是苏氨酸/酪氨酸激酶（双重激酶）使MAPK磷酸化，它被MKKK磷酸化而激活；MKKK有14个成员，是丝氨酸/苏氨酸激酶，被小G蛋白激活，激活后磷酸化MKK而使MKK激活。激活MAPK途径的因子：生长因子，细胞因子，激素、神经递质，应激因子（射线、高渗条件，热休克等）。MAPK的底质：细胞核的转录因子；细胞核外的底质：蛋白磷酸酶，磷脂酶和细胞骨架相关蛋白等。MAPK的功能：调控细胞的生长、增殖、分化，细胞凋亡和对环境应激刺激的适应。2、MAPK信号转导途径有3条：（1）ERK1/2途径（Extracellularsignal-regulatedkinasepathway）（2）JNK途径（C-JunNH2-terminalKinase，JNKPathway）（3）P38途径（1）ERK1/2途径①ERK1/2的底质：胞浆：S6激酶，P90rsk,PLA2(分解花生四烯酸生成PG和IL)；EGFR，微管相关蛋白MAP1；Tau蛋白等。细胞核内：磷酸化转录因子：Elk,Ets1,Sapla,C-Myc,Tal,STAT等;②ERK1/2被MEK1和MEK2激活。MEK失活时，将ERK1/2扣留在胞浆内，ERK激活后，与MEK分离，并转入细胞核内调节转录活性。③ERK失活：磷酸化的ERK被磷酸酶（MKP1,3,4）水解去磷酸化而失活。④ERK1/2的功能：调节细胞生长、分化、细胞周期、细胞存活和抗凋亡作用。⑤激活ERK1/2途径的受体：A、酪氨酸激酶受体（Receptortyrosinekinase,RTK）B、细胞因子受体（CytokinereceptorCR）C、G蛋白偶联受体上（GPCR）A、酪氨酸激酶受体（Receptortyrosinekinase,RTK）EGFR，PDGFR，胰岛素受体等。单一跨膜序列，细胞外构域被糖基化，细胞内构域具有酪氨酸蛋白激酶活性。生长因子与酪氨酸激酶受体结合，使受体二聚化，并使胞内二聚体的酪氨酸残基自我磷酸化而使RTK激活。自我磷酸化的RTK成为接合体蛋白SH2和SH3高亲和力的接合位点(dockingsite)，并被磷酸化。通过Grb2中的SH2和SH3构域，与小G蛋白的激活因子（鸟苷酸交换因子）Sos结合，使Sos激活，从而激活小G蛋白Ras，Ras再激活Raf1,始动Raf1→MEK1/2→ERK1/2途径。B、细胞因子受体（CytokinereceptorCR）通过酪氨酸激酶Src激活CR。CR本身不具有酪氨酸激酶构域，因此不能自身磷酸化，要靠Src家族（Lck，Lyn，Fyn等）酪氨酸激酶磷酸化CR。CR磷酸化后募集接合体蛋白Shc，Grb2等到受体上，激活Sos，再激活Ras。通过JAK激酶激活受体。细胞因子与CR结合，使CR与JAK相互作用，导致CR和JAK的酪氨酸残基被磷酸化而激活，激活的JAK可募集Shc，Grb2到CR上从而激Ras。C、G蛋白偶联受体（GPCR）1、Gi→G→PI3K→Shc2、Gq/11→Lyn/Csk→SyK→Shc3、Gq/11→PLC→PYK2→Shc（2）JNK途径（C-JunNH2-terminalKinase,JNKPathway）JNK的底质：全在细胞核内的转录因子，C-Jun，ATF2，Elk1，P53，DPC4，NFAT4，磷酸化这些转录因子增强转录活性。JNK途径的激活因子：应激因子（射线、高渗条件，热休克，氧自由基等），NTF，EGF等，作用在细胞表面受体NTFR，GPCR，RTK，CR等可能通过Rho（Rac，Cdc42）小G蛋白激活JNK途径。PKC→MEKK→MKK→JNK.JNK的功能：调节细胞的生长、分化、细胞生存和凋亡。JNK的失活：磷酸酶M3/6和MKP-1使磷酸化的JNK去磷酸化而失活。（3）P38途径P38途径的激活因子：紫外线、渗透性休克、热休克，脂多糖、蛋白质合成抑制剂，缺血、再灌注，氧自由基、IL-1，TNF，GPCR等。这些应激因子可能通过小G蛋白Rho家族Cdc42、Rac-1和接合体蛋白Nck激活P38途径；也可通过PKC激活P38途径。P38底质：细胞核内转录因子：ATF-2，Elk1，Chop，Max，c-MYCP38功能：调节细胞因子的生成和细胞凋亡。P38失活：磷酸酶M3/6使磷酸化的P38去磷酸化而失活。（三）、JAK-STAT途径（Januskinase-signaltransducerandactivatoroftranscriptionpathway）生长激素、催乳素、促红细胞生成素和细胞因子等受体本身不是酪氨酸蛋白激酶，但是，当这些受体激活时，它们与胞内的酪氨酸蛋白激酶形成复合物，引起