第五章 信號轉導 細胞外信號通過與細胞表面的受體相互作用轉變為胞內信號并在細胞內傳遞的過程稱為信號轉導(signal transduction) 跨膜信號轉導過程包括： 1，胞外信號被質膜上的特異性受體蛋白識別，受體被活化； 2，通過胞內信號轉導物(蛋白激酶，第二信使等) 的相互作用傳遞信號； 3，信號導致效應物蛋白的活化，引發細胞應答（如激活核內轉錄因子，調節基因表達）。 第一節 胞內信使 細胞內信使(intracellular messenger)是具有信息傳遞作用的一些小分子，也稱為第二信使(second messengers)。一、cAMP{環磷酸腺苷) ，生成： 腺苷酸環化酶催化ATP生成cAMP; 代謝： cAMP磷酸二酯酶水解cAMP產生5’-AMP 功能： ， ①激活蛋白激酶A ②抑制蛋白磷酸酯酶二、cGMP(環磷酸鳥苷) 生成酶：鳥苷酸環化酶代謝酶：cGMP磷酸二酯酶功能：①激活蛋白激酶G ②調控細胞膜離子通道三、三磷酸肌醇（inositol triphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol, DAG） G-蛋白偶聯受體激活磷脂酶Cβ生成IP3及DAG 功能： 1、IP3：開放胞內鈣庫，激活Ca2+途徑． 2、DAD：在Ca2+和磷脂酰絲氨酸存在下，激活蛋白激酶C，四、鈣離子細胞內鈣離子主要貯存于胞內鈣庫(如肌細胞的肌漿網， SR)和線粒體中。細胞質膜兩鍘[Ca2+]跨膜梯度：細胞外液>>胞漿胞漿內[Ca2+]的調節一通過(質膜和鈣庫膜上的)鈣離子通道(進入)和鈣泵(出)，鈣通道開放的條件： ①質膜或鈣庫膜去極化(可興奮細胞)；成②IP3介導鈣庫膜上鈣通道開放(任何細胞)．鈣泵激活．線粒體鈣泵的作用． Ca2+功能：與鈣調蛋白(calmodulin, CaM)結合形成Ca2+•CaM復合物： ①激活腺苷酸環化酶和磷酸二酯酶，②激活Ca2+•CaM依賴蛋白激酶鈣通道阻斷劑及其臨床應用。五、一氧化氮(N O) NO合成酶催化L-精氨酸生成NO和胍氨酸 NO合成酶(NOS)分類：①神經元型(nNOS)． ②內皮細胞型(ecNOS) ③誘導型（iNOS) 功能：激活烏苷酸環化酶，刺激cGMP合成。 NO的生理病理作用 第二節 蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶 蛋白激酶(Protein kinase，PK)催化蛋白質的含羥基氨基酸(絲／蘇和酪)的側鏈羥基形成磷酸酯（ATP的γ磷酸基轉移至氧）．蛋白質磷酸酯 酶(Protein phosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯鍵水解而去磷酸化。細胞內任何一種蛋白質的磷酸化狀態是由蛋白激酶和 蛋白磷酸酯酶的兩種相反酶活性之間的平衡決定的。蛋白質可逆磷酸化的調節在信號轉導過程中有重要作用，是細胞生命活動的調控中心 。一、信號轉導過程中的蛋白激酶 {一)絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶(Ser／Thr PK) 是一大類特異地催化蛋白質的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化的激酶家族，參與多種信號轉導過程。 1、蛋白激酶A（PKA) -cAMP依賴性蛋白激酶. PKA由兩個催化亞基C和兩個調節亞基R所構成 PKA參與cAMP介導的轉錄水平調控。 PKA的其它(下游)底物：①多種代謝相關酶②核內組蛋白和非組蛋白③膜蛋白等。 2、蛋白激酶C(PKC) -Ca2+激活的／磷脂依賴性蛋白激酶．調節：可被Ca2+，DAG和磷脂酰絲氨酸激活．TPA(佛波酯)也可激活． PKC分子由N-端的調節區和C―端催化區（親水的蛋白激酶結構域）所組成。 PKC有多種亞型(>12種)． PKC可激活： ①受體，如EGFR，胰島素受體，細胞因子受體等。 ②細胞骨架蛋白如Map，Tau． ②膜蛋白，如Na+-H+交換蛋白，Ca2+-ATP酶等． ④核蛋白／轉錄因子，起始因子等， ⑤信號轉導物如鳥苷酸環化酶，Raf-1等． 3、Ca2+•鈣調蛋白依賴性蛋白激酶(Cam-PK) Cam-PKII是一種多功能的蛋白激酶． 4。cGMP依賴的蛋白激酶(PKG) 功能：調節胞內鈣離子． 5，DNA依賴的蛋白激酶(DNA-PK) 調節：結合游離DNA片段后被激活，底物：核內DNA結合蛋白和轉錄因子，如SPl，Fos／Jun，Myc和P53，作用：① 參與DNA修復和重組, ②通過激活TF調節基因表達; ③參與細胞周期的關卡機制(Checkpoint). 6．絲裂原激活的蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase， MAPK) 調節：MAPK激酶-MAPKK（MEK）。下游底物：核內轉錄因子如Myc，Jun，Ets及其它胞內蛋白． (二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK) ―特異地催化蛋白質的酪氨酸殘基磷酸化，蛋白質酪氨酸磷酸化在細胞生長，分化和轉化的調節中起重要作用。 1、經典的src激酶家族原癌基因c-src蛋白產物Src是一種酪氨酸蛋白激酶，它有三個基本結構域：從C-端至N--端依次 為SH1、SH2，SH3(SH=src homolog)。 SHl結構域：具酪氨酸激酶活性， SH2結構域：能識別并結合含磷酸化酪氨酸的短序列， SH結構域：通過脯氨酸和疏水性氨基酸殘基與靶蛋白結合， Src家族：包括原癌基因src，yes，lyn，fyn，lck，blk，fgr，bcd和yrk編碼蛋白，它們都有TPK活 性．共同參與細胞轉化的信號轉導過程． SH2結構域在信號轉導途徑中的重要作用：由于含SH2結構域的信號轉導分子可以識別和結合其他含磷酸化酪氨酸的蛋白，因此，通 過蛋白質的酪氨酸磷酸化／去磷酸化調節可以決定信號轉導分子的結合與解離，從而導致信號的開啟或關閉。 2、JAK嫩酶家族 JAK(Janus kinase)激酶家族包括Jakl，Jak2，Jak3，Tyk2等， Jak激酶具有一個TPK結構域和一個激酶樣結構域，它們與Src的TPk激酶結構域具有同源性，但JaK激酶沒有SH2，SH 3結構域； Jak激酶主要參與細胞因子的信號轉導．二、蛋白磷酸酯酶對磷酸化的調節 (一)、絲氨酸／蘇氨酸蛋白磷酸酯酶 這類酶選擇性地作用于含磷酸絲氨酸或磷酸蘇氨酸殘基的肽鏈，使之脫去磷酸基團并改變生物活性．主要成員：PPl，PP2A，PP 2B，PP2C，等． PP2A，催化亞基及其功能． (二)酪氨酸蛋白磷酸酯酶(PTPase) 蛋白質酪氨酸磷酸酯酶催化磷酸化酪氨酸殘基的去磷酸化反應，與相應的酪氨酸蛋白激酶共同調節蛋白質的磷酸化水平， PTPase家族可分為2類： 1、胞質型(非受體型)：小的可溶性蛋白，只有一個催化結構域，特點是合有SH2 domain，如PTPlC，，PTPlB等． ， 2．受體型(PTPR)，是大的跨膜蛋白，特點是有2個串聯的胞漿催化結構域，如白細胞共同抗原CD45， PTPlC(存在于造血細胞)：N端2個串聯重復的SH2結構域{識別Tyr•P，并指導蛋白與蛋白結合)，C端為 磷酸酯酶催化結構域。 Jak可作為PTP1C底物． PTPase基因可能是腫瘤抑制基因．

第三節 細胞膜受體介導的信號轉導 一、受體的分類質膜受體和胞內受體（胞漿或核受體，如類固醇激素受體）膜受體的分類：（一）G蛋白耦聯受體家族又稱為七次胯膜受 體家族，特點是具有七段跨膜的α螺旋結構，本身無酶活性，胞漿側肽鏈上有磷酸化位點，受體功能受磷酸化調節。成員；腎上腺素受體 、多巴受體、視紫紅蛋白等。（二）酪氨酸激酶受體家族受體本身胞漿側有蛋白酪氨酸激酶活性，并且胞漿側肽鏈上有自身磷酸化位點， 配基結合后受體形成二聚體，二聚體中每個亞基可以磷酸化對應的另一亞基，從而啟動信號轉導。這類受體主要包括多數生長因子受體( 如IGF，EGF，PDGF，NGF，SCF，HGF等生長因子的受體)，除胰島素受體外，這類受體均由一條肽鏈組成． (三)細胞因子受體家族這類受體本身無TPK活性，但其胞漿側近膜部分有非受體酪氨酸蛋白激酶的結合位點，在配基與受體結合后， 受體發生二聚化或寡聚化，并激活Jak族蛋白酪氨酸激酶．此類受體包括細胞因子受體以及生長激素、促乳素等受體．細胞因子(cy tokine)：是淋巴細胞和造血細胞產生的一大類對細胞生長和分化有調節作用的蛋白因子。包括干擾素(IFN)、白細胞介素( IL)、白血病抑制因子（LIF）、抑癌素M等 (但IL-8R為G蛋白藕聯受體) (四)離子通道受體與配基結合后構成離子通道，主要存在于神經突觸，如乙酰膽堿(ACH)，5-HT受體等。二、G蛋白介導的信 號轉導 。 G蛋白藕聯受體的信號轉導途徑由三部分組成： ①細胞膜受體；②G蛋白③效應物(effector)，其中G蛋白將受體與效應物藕聯． G-蛋白(G-protein)是一種鳥苷酸結合蛋白，是由α、β和γ三個亞基組成的異三聚體， 多，β和γ亞基總是緊密結合在一起作為一個功能單位Gβγ Gα亞基可分為Gs,Go,Gi,Gq等，其活性可被霍亂毒素（CT）或百日咳毒素（PT）修飾。 G-蛋白介導的信號轉導的機制：G-蛋白循環。 G-pr的效應物：離子通道、腺苷酸環化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等三、RAS-MAPK信號轉導途徑 1、途徑中的信號分子 Ras：具鳥苷酸結合活性的一種胞漿蛋白（與G-蛋白不同) Ras活性與其結合的鳥苷酸有關。 鳥苷酸交換因子（SOS） Ras•GDP Ras•GTP (失活) GTP酶激活蛋白（GAP） （激活） 接頭蛋白：生長因子受體結合蛋白Grb2，通過其SH2結構域與Tyr被磷酸化的受體結合，同時通過其SH3域與具有pro富集 區的SOS結合，并通過SOS活化Ras蛋白． 2、Ras-MAPK途徑： 生長因子→生長因子受體(具酪氨酸激酶活性)→含有SH2結構域的接頭蛋白(如Grb2)→鳥苷酸交換因子SOS→Ras-GT P→Rafl→MAPKK（MEK）→MAPK→轉錄因子→調節基因表達。 3．Ras-MAPK途徑的調節 ①Ras-MAPK途徑中信號轉導分子的突變(如Ras)和表達量的改變． ②其他信號轉導途徑的影響 cAMP-PKA：抑制Raf-1； PKC：活化Raf~l，四、Jak-stat途徑： STAT：信號轉導物與轉錄激活劑（signal transducer and activators of transcription）至少6種，分子量84-113KD，含一個SH2結構域(羧端)，一個SH3樣結構域，并合有DN A結合域，Stat的激活依賴通過磷酸化形成二聚體． Jak-Stat途徑：細胞因子→受體(二聚體化)→Jak→Stat→Stat二聚體(活化)→易位至核，影響轉錄．