過程分子生物學(xué)(2 2012)PPT精選文檔

1、過程分子生物學(xué)523416基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制細(xì)胞通訊的分子機(jī)制免疫多樣性的分子識別胚胎發(fā)育的基因表達(dá)譜腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)細(xì)胞通訊的分子機(jī)制EBCDAFG細(xì)胞通訊的基本概念水溶性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸-物理傳送 信號分子的跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 HPI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 I細(xì)胞分裂素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 J信使系統(tǒng)的偶聯(lián)與啟動 2A 細(xì)胞通訊的基本概念 外界信號如何進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞又如何應(yīng)答，這是分子生物學(xué)的一個基本命題，正在受到越來越多的重視。1992年的諾貝爾生理學(xué)獎授予了蛋白質(zhì)可逆磷酸化的奠基人；1994

2、年則授予了GTP結(jié)合蛋白的發(fā)現(xiàn)者。 響應(yīng)環(huán)境并控制分子跨細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)出，是所有細(xì)胞的重要特征這一過程依靠定位于細(xì)胞質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)膜對水溶性的物質(zhì)是不容滲透的，這些物質(zhì)包括離子、無機(jī)物、多肽等。為了進(jìn)入和影響細(xì)胞，親水性的物質(zhì)或者通過胞飲的方式進(jìn)入細(xì)胞，或者與定位在細(xì)胞質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用，以信號的方式進(jìn)入細(xì)胞。2A 細(xì)胞通訊的基本概念 配體與受體、抗原與抗體，酶與底物是蛋白質(zhì)之間特異性結(jié)合的三大系統(tǒng)。 a 配體與受體 配體（Ligand）通常是指細(xì)胞外物質(zhì)，不管是無機(jī)分子還是多肽，它們的共同特征是通過細(xì)胞質(zhì)膜上的蛋白組分，或以胞飲的方式進(jìn)入細(xì)胞；或傳遞信號，故亦稱為信號分子。 受體

3、（Receptor）是指細(xì)胞質(zhì)膜上與配體特異性結(jié)合的靶蛋白分子，有些受體本身還具有酶的催化功能。 2A 細(xì)胞通訊的基本概念 物理擴(kuò)散：脂溶性信號分子（脂溶性激素如甾體激素），可通過簡單的物理擴(kuò)散作用穿透質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并在細(xì)胞內(nèi)或核內(nèi)與其靶蛋白結(jié)合，發(fā)揮功能，無需細(xì)胞膜專一性受體。 b 信號分子傳遞的基本形式 物理傳送：一部分的水溶性信號分子，通過與細(xì)胞膜上的特異性受體系統(tǒng)結(jié)合，將之物理傳送至細(xì)胞內(nèi)。 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：大部分的水溶性信號分子，與細(xì)胞膜上的特異性受體結(jié)合，并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的一系列響應(yīng)過程。信號分子本身不進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，但在其與受體結(jié)合過程中產(chǎn)生的信號已進(jìn)入胞內(nèi)，并得以倍增，同時產(chǎn)生出新的信號分

4、子，后者稱為第二信使和第三信使。 2B 水溶性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸-物理傳送 小分子糖類物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)膜上的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致受體蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，變構(gòu)的受體蛋白將糖翻入細(xì)胞內(nèi)。然后，配體脫離后的受體又轉(zhuǎn)換成原來的構(gòu)象。這一過程屬于主動運(yùn)輸，需要消耗能量。 a 翻轉(zhuǎn)作用（糖）水溶性分子的主動運(yùn)輸糖分子糖分子翻轉(zhuǎn)作用細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外細(xì)胞膜細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外2B 水溶性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸-物理傳送 當(dāng)配體與受體結(jié)合后，胞內(nèi)的包含素蛋白分子便結(jié)合在受體附近的胞膜內(nèi)側(cè)，胞膜在包含素的作用下形成微囊泡結(jié)構(gòu)，將配體受體復(fù)合物包裹起來并運(yùn)至靶部位膜（如核膜等）。 b 胞飲作用（受體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)胞飲）蛋白質(zhì)分子的胞飲過程

5、蛋白分子胞飲作用微囊泡包含素細(xì)胞膜細(xì)胞膜細(xì)胞膜2B 水溶性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸-物理傳送 受體直接構(gòu)成離子通道c 通道作用（離子通道）受體直接構(gòu)成離子通道，而配體則控制離子通道的開啟與關(guān)閉。刺激信號離子受體直接構(gòu)成離子通道 鈉離子通道乙酰膽堿是一種神經(jīng)信號分子，它參與肌肉延伸收縮的調(diào)節(jié)作用。乙酰膽堿受體由五個亞基組成，形成配體控制的Na+通道。乙酰膽堿與受體結(jié)合后，受體a亞基構(gòu)象改變，Na+迅速流入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外電壓降減小在數(shù)微秒的時間內(nèi)，肌肉細(xì)胞便會響應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞的電壓降脈沖，發(fā)生收縮運(yùn)動。乙酰膽堿不存在時，通道關(guān)閉。每個亞基跨膜四次跨膜區(qū)內(nèi)氨基酸的性質(zhì)決定了通道的孔徑及離子選擇性。 受體直接

6、構(gòu)成離子通道 冷熱離子通道 冷離子通道TRPM8能在低溫或薄荷醇等外界物理或化學(xué)因素的刺激下打開。該離子通道響應(yīng)15-25的溫度范圍，允許Na+和Ca2+離子進(jìn)入傳感神經(jīng)元細(xì)胞并使之去極性化?？谇粌?nèi)的這種傳感神經(jīng)元將信號傳遞至大腦的三叉神經(jīng)中樞（TG）；皮膚上的這種傳感神經(jīng)元則將信號傳遞至脊索的脊根神經(jīng)中樞（DRG）。 此外，最近還鑒定出三種熱傳感器：第一種稱為TRPV1型胡椒粉（辣椒素）熱傳感器，其敏感溫度為43以上；第二種稱為TRPV2型熱傳感器，其敏感溫度為52以上；第三種稱為TRPV3型溫?zé)醾鞲衅鳎涿舾袦囟确秶?5-43之間。 受體直接構(gòu)成離子通道 冷熱離子通道鼻孔唇窩睛中的視蛋白

7、被光化學(xué)激活一樣；但蝰蛇卻是通過其唇窩內(nèi)的組織輻射發(fā)熱方式間接激活紅外線熱受體TRPA1通道的。響尾蛇TRPA1在室溫下呈無活狀態(tài)，但在28.02.5以上時被強(qiáng)烈激活?；沂笊叩腡RPA1也是熱敏型的，但其激活溫度有些偏高，為36.30.6。有趣的是，先前鑒定的脊椎動物（包括魚類）的TRPA1同源物主蝰蛇能感應(yīng)波段為750-1000nm的紅外線并由此探測溫血獵物。蛇的紅外線檢測由位于面部兩側(cè)眼睛與鼻孔之間的專門的頰鱗唇窩器官介導(dǎo)。就理論而言，紅外線受體可以直接檢測光子，就像眼要接受化學(xué)物質(zhì)的刺激，并作為“冷”的檢測器而發(fā)揮功能。 Nature，464，2010受體直接構(gòu)成離子通道 瞬時受體電勢通

8、道超家族 TRP上述冷熱和味覺離子通道屬于瞬時受體電勢通道TRP超家族，該家族的第一個成員是在果蠅光子受體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。哺乳動物TRP離子通道家族各成員之間的序列同源性甚低它們可分成三大類：1 短通道TRPC；2 osm9樣通道TRPV；3 長通道TRPM。所有和滲透壓變化；在人類等高等哺乳動物中，TRPM通道負(fù)責(zé)感應(yīng)味道，如甜苦等。NCTRP結(jié)構(gòu)域 TRP盒錨蛋白重復(fù)序列TRPCNCTRPVNCTRPMTRPC成員的C端均含有一個TRP盒（Glu-Trp-Lys-Phe-Ala-Arg）和一個由25個氨基酸組成的功能未知的TRP結(jié)構(gòu)域，但其它TRP通道成員一般沒有類似結(jié)構(gòu)。TRPC通道和TR

9、PV通道的N端胞質(zhì)功能域中含有錨蛋白重復(fù)序列，而TRPC通道和TRPM通道的C端含有Pro豐富區(qū)。在果蠅中，TRPC型通道負(fù)責(zé)視覺，TRPV通道負(fù)責(zé)感應(yīng)溫度Pro豐富區(qū)受體通過信號傳遞控制離子通道 受體通過與GTP結(jié)合蛋白偶聯(lián)，驅(qū)動離子通道開關(guān)。此類受體具有典型的七跨膜結(jié)構(gòu)7TM，不論其配體性質(zhì)如何。當(dāng)配體（如激素）與受體結(jié)合后，由于其構(gòu)象改變，激活GTP結(jié)合蛋白的核苷酸交換反應(yīng)，GDPGTP。結(jié)合GTP的a亞基便與核苷酸環(huán)化酶結(jié)合，后者直接啟動離子通道的開關(guān)。受體通過信號傳遞控制離子通道 視覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 視網(wǎng)膜桿細(xì)胞中的視紫紅質(zhì)和視錐細(xì)胞中的視蛋白（顏色敏感）都是光量子的受體，實質(zhì)上

10、真正吸收光量子的分子是11-順-視網(wǎng)膜素，它與受體第七跨膜區(qū)的Lys共價結(jié)合。GTP結(jié)合蛋白將受體和磷酸二酯酶（PDE）偶聯(lián)在一起，PDE負(fù)責(zé)水解cGMP，cGMP濃度下降導(dǎo)致離子通道關(guān)閉。離子濃度的改變信號由視覺神經(jīng)傳至大腦。光子促使受體構(gòu)象發(fā)生變化，激活GTP結(jié)合型蛋白，后者又激活PDE。一個光子可激活數(shù)百個G蛋白分子，一個G蛋白分子又可激活PDE降解許多cGMP分子，從而完成信號的放大。受體通過信號傳遞控制離子通道 視覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 在視蛋白中，吸收光量子的分子也是11-順-視網(wǎng)膜素，但其共價結(jié)合區(qū)域內(nèi)的氨基酸序列不同，導(dǎo)致每種視蛋白分子只有唯一的最大光吸收值。一個視錐細(xì)胞只表達(dá)單

11、一的視蛋白，因此一個視錐細(xì)胞只能對一種波長的光敏感，這便是顏色敏感的分子機(jī)制。受體通過信號傳遞控制離子通道 嗅覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 氣味分子與相應(yīng)的受體結(jié)合，導(dǎo)致其構(gòu)象發(fā)生改變，激活GTP結(jié)合蛋白，后者激活腺苷酸環(huán)化酶AC，由ATP合成cAMP。后者與離子通道結(jié)合并開啟之，Na進(jìn)入細(xì)胞，K流出細(xì)胞。電位差傳至大腦。受體通過信號傳遞控制離子通道 嗅覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 2004年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授于了美國科學(xué)家阿克塞爾和巴克。諾貝爾基金會為此發(fā)表的聲明說：“嗅覺一直是人類感覺中最神秘的一種。我們過去無法理解人類辨認(rèn)和記憶大約一萬種不同氣味的基本原理。而阿克塞爾和巴克卻幫我們解答了這個問題，

12、他們通過1000個氣味受體蛋白的編碼基因。研究表明，每個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞只表 截止到目前為止，阿克塞爾和巴克領(lǐng)導(dǎo)的研究小組共發(fā)現(xiàn)了大約達(dá)一種氣味受體蛋白，那么如何感應(yīng)上萬種不同的氣味呢？一系列具有開拓性的研究詳細(xì)闡明了我們嗅覺系統(tǒng)的工作機(jī)制。”受體通過信號傳遞控制離子通道 味覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 與觸覺、視覺、聽覺、嗅覺不同，味覺已進(jìn)化為飲食行為的主要調(diào)節(jié)者和驅(qū)動者，味覺系統(tǒng)能檢測食物中的營養(yǎng)成分及有害化合物， 人類以及大多數(shù)哺乳動物將味覺刺激歸并為酸、甜、苦、咸、鮮五大主體味覺品質(zhì)。其中，甜味和鮮味屬于能促進(jìn)營養(yǎng)食物（諸如構(gòu)筑蛋白質(zhì)合成和能量的磚瓦）攝入的“好”味；而苦味和酸味則屬于警示生物體有

13、毒和低pH以拒絕含有害物質(zhì)（如有毒植物和過熟未熟的水果）的食物攝入的“壞”味。咸味對人類而言即可被感覺為“好”味也可被感覺為“壞”味，完全取決于鈉離子濃度和體驗者的生理需求。進(jìn)而引發(fā)動物接受或拒絕潛在食物的先天性行為。受體通過信號傳遞控制離子通道 味覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 軟腭腹后內(nèi)側(cè)核舌城輪廓乳頭 舌葉理狀乳頭舌真菌狀乳頭 鼓索神經(jīng)大巖淺神經(jīng) 膝狀神經(jīng)節(jié) 舌咽神經(jīng)巖神經(jīng)節(jié)孤束核吻側(cè)段臂旁核島葉味覺皮層味蕾舌面受體通過信號傳遞控制離子通道 味覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 哺乳動物的舌部和軟腭分布著豐富的味蕾，典型的味蕾呈卵狀，由50-100個味覺受體細(xì)胞（TRC）構(gòu)成。TRC平均壽命僅兩周，不斷為新生細(xì)

14、胞所取代，它們靠其特殊的膜表面受體感應(yīng)相應(yīng)的化合物。Cell，139，234，2009受體通過信號傳遞控制離子通道 味覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 哺乳類動物感應(yīng)甜味、鮮味、苦味的受體均屬于異源二聚體的G蛋白偶聯(lián)型受體（GPCRs），暗示它們采取類似視覺和嗅覺通過控制離子通道的機(jī)制實現(xiàn)對相應(yīng)神經(jīng)元的刺激和信號傳遞；而咸味和酸味的感應(yīng)受體則直接構(gòu)成離子通道，以類似冷熱離子通道的方式傳遞信號。貓科動物在其早期進(jìn)化階段獲得了T1R2基因的缺失突變，因此喪失了所有的甜味感覺，這就很好地解釋了所有的貓和虎對糖類食物的冷漠行為。受體通過信號傳遞控制離子通道 味覺系統(tǒng)的信號傳遞機(jī)制 不僅哺乳動物，果蠅等昆蟲對不同味

15、覺的感應(yīng)也同樣由不同的味覺受體細(xì)胞介導(dǎo)，這些細(xì)胞通過與專用的神經(jīng)線路相連，最終導(dǎo)致使動物對相應(yīng)味覺產(chǎn)生不同程度的偏好或厭惡。化學(xué)合成的鎮(zhèn)痛藥螺朵林（spiradoline）對老鼠是無味的，如果將能識別螺朵林的蛋白RASSL編碼基因分別置于甜味受體T1R2和苦味受體T2R19基因啟動子的控制下表達(dá)，則轉(zhuǎn)基因鼠對螺朵林的態(tài)度完全相反。螺朵林辣椒素2C 信號分子的跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 許多水溶性信號分子本身不能直接進(jìn)入細(xì)胞，但它們能與相應(yīng)的膜蛋白受體特異性結(jié)合，進(jìn)而在細(xì)胞質(zhì)中引起一系列以磷酸化反應(yīng)為主的級聯(lián)響應(yīng)，最終將信號傳遞到細(xì)胞核內(nèi)。這一過程稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；信號傳遞的路線稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。2C 信號

16、分子的跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的第一站是細(xì)胞外的信號分子（即配體）特異性地識別細(xì)胞膜上的受體蛋白，并與之結(jié)合；一旦結(jié)合了信號分子，受體空間構(gòu)象就會發(fā)生變化。這個過程稱為第一次應(yīng)答，共有三種表現(xiàn)形式。a 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第一次應(yīng)答反應(yīng) 激活受體自身含有的蛋白激酶活性 這類受體的特征是：跨膜一次，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)、胞內(nèi)區(qū)三部分組成。胞外區(qū)是配體的結(jié)合位點；胞內(nèi)區(qū)是受體自身的酪氨酸蛋白激酶活性區(qū)，也稱為受體的順式酶活性，通常這個活性部位由250個氨基酸組成。除此之外，這類受體的胞內(nèi)區(qū)還可能含有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，或者與鳥苷酸環(huán)化酶相連。根據(jù)胞內(nèi)區(qū)的酶活性質(zhì)不同，可將這類受體分為四大家

17、族。激活受體自身含有的蛋白激酶活性 當(dāng)配體與受體結(jié)合后，受體空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這是蛋白激酶發(fā)揮催化功能的前提條件，共有三種形式的構(gòu)象變化。 配體結(jié)合導(dǎo)致單體二聚化配體連接兩個單體配體連接導(dǎo)致構(gòu)像改變激活細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的蛋白激酶活性 這類受體的特征是：跨膜一次，胞外區(qū)與配體結(jié)合，關(guān)鍵序列為WSXWS；膜內(nèi)區(qū)不含蛋白激酶的功能域，但在近膜處存在著細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶家族的結(jié)合區(qū)域。當(dāng)配體與受體結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生改變，受體與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)蛋白激酶特異性結(jié)合，并激活這些蛋白激酶的磷酸化活性。如T-淋巴細(xì)胞的CD4受體在與配體結(jié)合后，便能特異性地與細(xì)胞內(nèi)的Lck蛋白激酶結(jié)合，并激活之。激活結(jié)合在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)上的G蛋白 這些受

18、體的特征是：跨膜七次（7MT）。G蛋白是一種GTP/GDP結(jié)合型蛋白，位于受體附近的膜內(nèi)側(cè)上。其無活性狀態(tài)是一個結(jié)合GDP的三聚體（a a、b b、g g），一旦受體與配體結(jié)合，受體構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致GDP為GTP所取代，這時G蛋白解離成一個攜帶GTP的亞基（a a）和一個二聚體（b gb g）。單聚體或/和二聚體再去激活其它的靶蛋白，引起一連串級聯(lián)反應(yīng)，通常情況下，最終刺激產(chǎn)生第二信使分子cAMP，離子通道的調(diào)節(jié)便是一例。2C 信號分子的跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)胞外的信號分子（配體）特異性識別和結(jié)合細(xì)胞膜上的受體蛋白之后，受體產(chǎn)生第一次應(yīng)答反應(yīng)，繼而便將信號通過三種方式在胞質(zhì)中傳遞。b 細(xì)胞質(zhì)

19、中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本形式轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子直接穿過胞質(zhì)到達(dá)細(xì)胞核 有些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子能直接被配體-受體復(fù)合物激活，并穿過胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核。受體被配體激活后做出的第一次應(yīng)答反應(yīng)就是將潛伏在胞質(zhì)內(nèi)受體附近的無活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子召集到自己的身邊，然后將之激活。具有這種性質(zhì) 的 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控 因 子 包 括SMAD家族和STAT家族的各成員，其中SMAD家族在其Ser殘基上被受體磷酸化激活而STAT家族則在其Tyr殘基上被受體磷酸化激活。信號通過腳手架蛋白逐次傳遞至細(xì)胞核 在相當(dāng)多的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，被配體激活的受體將信號逐次傳遞給下游腳手架蛋白（驛站蛋白）構(gòu)成一系列的級聯(lián)反應(yīng)。此時，信號的載體是磷酸基團(tuán)，信號傳遞的形

20、式是磷酸化反應(yīng)或/和蛋白質(zhì)降解反應(yīng)，但許多蛋白質(zhì)降解步驟也是受磷酸化反應(yīng)控制的。以此機(jī)制進(jìn)行信號 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 的 包 括 ： N F -kB/Rel、Wnt、CI/GLI、Notch、Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑徑 信號通過第二信使分子傳遞至細(xì)胞核 在有些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中被配體激活的受體可導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)第二信使分子濃度的波動，并依賴這些小分子或離子在胞質(zhì)中的擴(kuò)散作用將信號傳遞至細(xì)胞核。具有上述功能的第二信使分子包括Ca2+和磷酸肌醇酯（PIP）等。以此機(jī)制進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的有：NFAT和PLC等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等。2C 信號分子的跨膜傳遞-信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 在某些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，由配體-受體相互作用所產(chǎn)生的信號被傳遞到細(xì)胞核外

21、側(cè)后，還需要通過下列三種方式進(jìn)入核內(nèi)，進(jìn)而作用于相關(guān)基因的調(diào)控區(qū)，促進(jìn) 靶基因的轉(zhuǎn)錄。c 細(xì)胞核中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本形式激酶轉(zhuǎn)位作用 運(yùn)載信號的蛋白激酶直接進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并在核內(nèi)使相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子磷酸化激活，調(diào)控靶基因的表達(dá)。因子轉(zhuǎn)位作用 運(yùn)載信號的蛋白激酶在細(xì)胞核外側(cè)使相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子磷酸化激活，后者再進(jìn)入核內(nèi)調(diào)控靶基因的表達(dá)。抑制劑釋放作用 運(yùn)載信號的蛋白激酶在細(xì)胞核外側(cè)使轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子-抑制劑復(fù)合物磷酸化，促使其釋放轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，后者再進(jìn)入核內(nèi)調(diào)控靶基因的表達(dá)。2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 異源三聚體GTP/GDP結(jié)合蛋白（G蛋白）是一類固定在細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)表面上的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子，它連結(jié)受體和腳手架因

22、子，構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。與G蛋白相偶聯(lián)的受體能響應(yīng)大量的激素、神經(jīng)遞質(zhì)、趨化因子、自分泌和旁分泌因子。G蛋白由三個不同的亞基a a、b b、g g構(gòu)成，但當(dāng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時，它們是以單亞基或二聚體的形式工作的，即信號傳遞或者通過Ga a亞基或者通過Gbgbg復(fù)合物進(jìn)行目前已知的G蛋白亞基分別為Ga a 20種、Gb b 6種、Gg g 11種。2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 根據(jù)序列相似性，G蛋白可分為四個家族：Gs、Gi/Go、Gq/G11、G12/G13。這四大G蛋白家族能轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)量眾多的胞外信號分子。同一種信號分子結(jié)合不同的受體，可將信號傳遞給不同的G蛋白家族。例如，腎上腺素信號分子通過b b-腎

23、上腺素受體將信號傳遞到與受體偶聯(lián)在一起的Gs上；通過a a2-腎上腺素受體被傳遞到Gi上；通過a a1 1-腎上腺素受體則被傳遞到Gq和G11上。然后，各類G蛋白再通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控重要的細(xì)胞組分，包括代謝酶類、離子通道以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄機(jī)器，這些細(xì)胞組分的運(yùn)行和反應(yīng)決定了細(xì)胞的行為和功能，如胚胎發(fā)育、學(xué)習(xí)記憶、穩(wěn)態(tài)建立等。a G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的基本特征 G蛋白四大家族的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑b G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的構(gòu)成與功能 所有的G蛋白都參與多重信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的構(gòu)成和運(yùn)行，最終將信號傳遞至不同的細(xì)胞機(jī)器上，形成響應(yīng)速率和作用強(qiáng)度各不相同的生理效應(yīng)。例如，在神經(jīng)元細(xì)胞中，c

24、AMP可通過PKA對離子通道實施短期效應(yīng)；同時通過Rap和MAPK對轉(zhuǎn)錄機(jī)器實施長期影響。 所有的G蛋白都調(diào)控GTP酶（如Rap和Rho等）的活性。 所有的G蛋白途徑或刺激或抑制一條或多條由MAPK介導(dǎo)的分支途徑。Gs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 Gs途徑是最早被鑒定的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，許多關(guān)鍵的概念，如第二信使、蛋白磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等就是來自于該途徑的研究。即便經(jīng)歷了二十年的研究，Gs途徑的新知識仍在不斷地增加。 Gs途徑的關(guān)鍵效應(yīng)分子是cAMP。信號分子（如腎上腺素和糖原等）與相應(yīng)的受體結(jié)合后，激活Gs的a a亞基，后者激活腺嘌呤核苷酸環(huán)化酶AC合成cAMP。cAMP有三大功能：（1）直接開啟CNGC離子

25、通道；（2）激活蛋白激酶PKA，后者即可開啟L-型Ca2+ +離子通道,又可依次激活磷酸化酶激酶PhosK和糖原磷酸化酶GlyPhos，導(dǎo)致糖原降解為葡萄糖；（3）依次激活GTP/GDP交換因子EPAC、GTP酶Rap1有絲分裂原激活的蛋白激酶的激酶的激酶B-Raf、有絲分裂原激活的蛋白激酶的激酶MEK、有絲分裂原激活的蛋白激酶MAPK，后者進(jìn)入核內(nèi)激活cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白CREB，活化的CREB再與相關(guān)基因的 轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件CRE結(jié)合，促進(jìn)這些基因的轉(zhuǎn)錄。Gs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑配體-受體Gs aACcAMPPKAEPAC CNGCCREBCRE質(zhì)膜核膜PDE降解Gi信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 Gi信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

26、的主要特征是其Ga能抑制AC的活性。許多重要的激素和神經(jīng)遞質(zhì)，如腎上腺素、乙酰膽堿、多巴胺、5-羥色胺等，都能利用Gi和Go途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)信號。該途徑為百日咳毒素所抑制，其機(jī)制是百日咳毒素在G蛋白a亞基C端的區(qū)域內(nèi)使其ADP核苷酰化，從而阻止a亞基與相應(yīng)的受體相互作用。 在Gi途徑中，Ga亞基和Gbg復(fù)合物均能單獨傳遞信號。例如， Gbg復(fù)合物至少能與四種效應(yīng)因子直接偶聯(lián)，間接偶聯(lián)Ras蛋白中的GTP酶活性，進(jìn)而激活MAPK。一些重要的生理功能（心臟起博活性）的毒覃堿性膽堿調(diào)控過程，就是通過M2-毒覃堿性受體與Gi蛋白偶聯(lián)，釋放出Gbg復(fù)合物，再由后者激活K+ +離子通道而實現(xiàn)的。Ga則能調(diào)控信號從

27、c-Src到STAT3途徑和Rap途徑的傳遞，也能抑制AC的活性。 Gq信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 Gq信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的主要特征是被鈣質(zhì)動用激素激活，并刺激細(xì)胞合成第二信使分子三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3觸發(fā)鈣質(zhì)從胞內(nèi)鈣庫中的釋放，而DAG則負(fù)責(zé)召集PKC到膜上并激活之。在很多類型的細(xì)胞中，胞內(nèi)鈣質(zhì)的釋放能激活細(xì)胞表面上鈣庫操縱的Ca2+通道，導(dǎo)致胞外的Ca2+ +流入胞內(nèi)。Gq的a亞基則能通過蛋白酪氨酸激酶PYK2激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子NF-kB。2D G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑c Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 很多生長因子激活相應(yīng)的受體后，通過效應(yīng)分子活化由原癌基因ras編碼的Ras蛋白，后者又依次激活其下

28、游腳手架因子，最終作用于靶基因的表達(dá)。Ras蛋白為多種生長因子信號傳遞過程所共有，而且本身也是G蛋白家族的一個成員，構(gòu)成一條獨立的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的腳手架蛋白包括：Ras蛋白、SH蛋白、Raf蛋白等。Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的腳手架蛋白 Ras蛋白 Ras蛋白是原癌基因ras的表達(dá)產(chǎn)物，目前已發(fā)現(xiàn)幾十種不同的Ras樣蛋白。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為三個主要家族：（1）Ras蛋白：哺乳細(xì)胞可表達(dá)四種真正的Ras蛋白，分別由基因H-ras、N-ras、K-rasA、K-rasB編碼，這類蛋白主要參與受體酪氨酸激酶的信號傳遞過程；（2）Rho/Rac蛋白：由基因rho和rac編碼，與Ras

29、蛋白同源，并介導(dǎo)細(xì)胞骨架的構(gòu)建；（3）Rab蛋白：由基因rab編碼，主要與物質(zhì)Ras-GTPRas-GDPGTP-GDP交換因子GEFGTP酶激活蛋白GAP無活狀態(tài)激活狀態(tài)的跨膜運(yùn)輸有關(guān)。 Ras蛋白是一類GTP結(jié)合蛋白，具有與GTP和GDP的結(jié)合特性。GTP酶激活蛋白（GAP）激活Ras蛋白內(nèi)在的GTP酶活性；鳥苷酸解離抑制因子GDI則抑制Ras-GDP與Ras-GTP兩種狀態(tài)之間的 轉(zhuǎn) 化 。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的腳手架蛋白 SH蛋白SH蛋白家族因與原癌基因src編碼的Src蛋白具有較高的同源序列及結(jié)構(gòu)相似性，因此而得名。其成員之一的生長因子受體結(jié)合蛋白Grb由自磷酸化的受體蛋白激酶活性

30、，催化其磷酸化而被激活，激活了的Grb蛋白又去激活GEF（SOS），后者使Ras-GDP轉(zhuǎn)化為Ras-GTP因此SH蛋白是連結(jié)受體與Ras蛋白之間信號傳遞的重要分子。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的腳手架蛋白 Raf 蛋白 Raf蛋白是一種蛋白激酶，它能使細(xì)胞有絲分裂原激活的蛋白激酶的激酶（MEK，MAPKK）激活，其激活的方式也是磷酸化，而且Raf本身又是Ras-GTP復(fù)合物的底物。Ras-GTP使Raf蛋白磷酸化，同時自己轉(zhuǎn)換成Ras-GDP形態(tài)。現(xiàn)已知，Raf蛋白有三個同型GDP GTP PPRaf MEKRas 物（即同一轉(zhuǎn)錄前體不同剪切方式的形成物）：74kD的Raf1（廣泛存在于體內(nèi)）、6

31、8kD的RafA（主要在生殖細(xì)胞內(nèi)表達(dá)）、95kD的RafB（主要在腦細(xì)胞中表達(dá)）。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的級聯(lián)反應(yīng)絕大多數(shù)生長因子的受體及部分細(xì)胞因子受體本身具有酪氨酸激酶活性構(gòu)成酪氨酸激酶受體家族。這類受體被生長因子激活后，其胞內(nèi)區(qū)的酪氨酸激酶活性將自身的酪氨酸磷酸化，同時具備了催化其它蛋白質(zhì)磷酸化的功能，由此引發(fā)有序的級聯(lián)反應(yīng)。這些反應(yīng)大多是各種蛋白質(zhì)的磷酸化，包括Tyr、Ser、Thr等具有羥基側(cè)鏈的氨基酸殘基。 Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的級聯(lián)反應(yīng)Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的最后一站是原癌基因編碼的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Myc、Max、Jun、Fos，它們被上游腳手架分子MAPK激活后，直接作用于相關(guān)基因的

32、順式轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。例如，Myc與Max形成二聚體，與基因的DNA順式元件CACGTG結(jié)合，并激活相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄啟動；Jun與Fos形成二聚體AP1，與基因的佛波醇應(yīng)答元件TGACTCA結(jié)合，并激活相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄啟動。PPPPPGDP GTP PPPPPPFGF FGFR FRS Grb2 SOS Ras Raf MEKMAPKMycMax2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 大部分的細(xì)胞因子受體屬于造血因子受體超家族的成員，與生長因子受體不同，細(xì)胞因子受體的胞內(nèi)區(qū)域不具有酪氨酸激酶活性，但其細(xì)胞內(nèi)的近膜保守區(qū)能結(jié)合一些非受體型的酪氨酸激酶。在配體的介導(dǎo)下，受體亞基二聚化或寡聚化，使受體胞內(nèi)區(qū)域靠

33、近，并結(jié)合于胞內(nèi)近膜區(qū)的酪氨酸激酶，同時被活化，進(jìn)而啟動一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其中最具有代表性的就是JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑由特異性受體、非受體型的酪氨酸激酶（JAK）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT）三部分構(gòu)成。a JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的基本構(gòu)成JAK酪氨酸激酶家族 絕大多數(shù)激活STAT的細(xì)胞因子受體不含內(nèi)源性激酶活性，它們所需的酪氨酸激酶活性由受體接合型的胞質(zhì)蛋白質(zhì)-JAK家族成員提供，因此JAK是不同于受體酪氨酸激酶的另一類激酶（Just Another Kinase，JAK）。也有人認(rèn)為該名來源于古希臘門神J

34、anus，它具有方向相反的兩張面孔，與此類蛋白激酶C端的兩個催化亞基相似，因此又稱Janus Kinase（JAK）。 JAK家族最明顯的結(jié)構(gòu)特征是其C端擁有兩個催化功能域，靠近N端是三個保守的結(jié)構(gòu)域，中部有兩個功能域。JAK在進(jìn)化上相當(dāng)保守，哺乳動物細(xì)胞內(nèi)有四個JAK成員：JAK1、JAK2、JAK3、TYK2。有種遺傳性免疫缺陷癥就是因為突變使得受體與JAK相互作用能力喪失或者JAK激酶活性喪失。 JAK能特異性地結(jié)合在細(xì)胞因子受體的胞內(nèi)功能域上。當(dāng)細(xì)胞因子配體與相應(yīng)的受體結(jié)合后，受體二聚化，使得結(jié)合在受體亞基上的兩個JAK相互靠近，并相互磷酸化而被激活，然后JAK再催化其底物蛋白（如ST

35、AT）磷酸化，由此將受體信號繼續(xù)傳遞下去。STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子蛋白家族 哺乳動物細(xì)胞含有七個STAT（Signal Transducers and Activators of Transcription）編碼基因，分別為STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B、STAT6，其編碼產(chǎn)物之間的氨基酸序列具有較大的離散性，這種離散性使得它們能響應(yīng)較大范圍的胞外信號分子，同時具有較廣的組織特異性分布。 STAT蛋白在其C端含有SH2和SH3兩個功能域，而且還有一個保守的酪氨酸殘基位點，該位點的磷酸化是STAT活化的基礎(chǔ)。在配體信號分子不存在時，作為轉(zhuǎn)錄因子的

36、STAT蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)中，并呈無活狀態(tài)；當(dāng)配體與受體偶聯(lián)后，STAT迅速被激活，其分子上的SH2（Src-homology）功能域與受體磷酸化了的酪氨酸殘基特異性結(jié)合，從而靠近受體的胞內(nèi)功能域。此時，STAT上保守的酪氨酸殘基被磷酸化。磷酸化了的STAT可從JAK-受體復(fù)合物上離解下來，并形成二聚體，繼而轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，依靠其SH3功能域（能特異性地結(jié)合Pro富集區(qū)）直接作用于基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的順式元件上。2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在真核生物的霉菌、線蟲、果蠅、脊椎動物乃至人類中高度保守，而且受到各種內(nèi)源性和環(huán)境刺激因素的調(diào)控，從而使得細(xì)胞和組織具有更大的可塑性

37、。但是，該信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在真菌和植物中至今沒有發(fā)現(xiàn)。在很多情況下，細(xì)胞中的早期應(yīng)答基因以及那些依賴于細(xì)胞因子的功能基因是由JAK-STAT控制表達(dá)的，當(dāng)細(xì)胞中沒有新的蛋白質(zhì)合成時，這些早期應(yīng)答基因通常增加轉(zhuǎn)錄。b JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的基本特征JAK-STAT介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序當(dāng)信號分子與相應(yīng)的受體結(jié)合后，受體在膜上二聚化，這使得連結(jié)在受體胞質(zhì)區(qū)的兩個JAK也相互靠近并相互催化對方磷酸化，同時又使受體胞質(zhì)區(qū)中的酪氨酸殘基磷酸化，制造出吸引錨定STAT的位點；游離于細(xì)胞質(zhì)中的S TAT 蛋 白 通 過 其結(jié)構(gòu)，然后迅速被運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)。SH2功能域與受體胞質(zhì)區(qū)中磷酸化了的酪氨酸殘基結(jié)合，然后在

38、自己的酪氨酸殘基上接受磷酸基團(tuán)；磷酸化了的STAT蛋白從受體上解離下來，或同源或異源形成二聚體JAK-STAT介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序大多數(shù)的STAT二聚體能識別DNA鏈上8-10對堿基的反向重復(fù)序列5-TTN4-6AA-3這個相對保守的DNA序列稱為GAS（gamma-interferon activation sequence）元件，因為它首先是在研究STAT同源二聚體與g-干擾素基因調(diào)控序列之間的相互作用時被發(fā)現(xiàn)并命名的。該元件的相對保守性也反映出不同序列的GAS對特定的STAT二聚體具有不同的親合力。JAK-STAT介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)程序一旦被激活的STAT二聚體識別并結(jié)合靶基因的GAS元件上，

39、該基因的轉(zhuǎn)錄速度就會大幅度加快，其機(jī)制是STAT分子內(nèi)的轉(zhuǎn)錄激活功能域能召集一些核內(nèi)共激活因子，以促進(jìn)對染色質(zhì)的修飾反應(yīng)以及與核心啟動子之間的通訊聯(lián)絡(luò)。2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 細(xì)胞因子干擾素和白介素是通過JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控靶細(xì)胞廣泛的生理功能的。三類干擾素（a a、b b、g g）和白介素 6 分別使用了三條特異性的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。c 干擾素和白介素介導(dǎo)的JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑I-型干擾素介導(dǎo)的途徑該途徑的信號分子為a a干擾素和b b干擾素，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為STAT1-STAT2異源二聚體。該途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制不同于大多數(shù)其它的JAK-STAT途徑，其最終的轉(zhuǎn)錄調(diào)

40、控因子不是簡單的STAT二聚體，而是由STAT1-STAT2和一個必需的DNA結(jié)合亞基（IRF9）構(gòu)成的異源三聚體。IRF9是干擾素調(diào)控因子家族的一個成員，STAT與IRF9的結(jié)合使得這個復(fù)合物能識別干擾素刺激應(yīng)答元件（ISRE）。II-型干擾素介導(dǎo)的途徑該途徑的信號分子為g g干擾素 ， 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控 因 子 為STAT1-STAT1同源二聚體這種二聚體識別靶基因上游 的 g g 干 擾 素 激 活 序 列GAS。白介素介導(dǎo)的途徑該途徑的信號分子為白介素6，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為STAT3-STAT3同源二聚體，又稱STAT3途徑。該途徑廣泛存在于各種類型的細(xì)胞中，對生長調(diào)控、炎癥發(fā)生、胚胎發(fā)育具

41、有重要作用。此外，這條途徑的激活還常見于多種實體腫瘤和血癌細(xì)胞中，具有刺激生長和抗凋亡的功效。很多原本使用酪氨酸激酶受體的生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也直接通向STAT3途徑，如表皮生長因子EGF、血小板樣生長因子PDGF等2E JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并不能自發(fā)地工作，胞內(nèi)和環(huán)境的許多刺激因素均能控制其運(yùn)行。所有正負(fù)調(diào)控因子的穩(wěn)態(tài)濃度和信號誘導(dǎo)濃度的維持，決定了JAK-STAT途徑的信號應(yīng)答反應(yīng)在一個特定細(xì)胞中的作用強(qiáng)度和持續(xù)時間。JAK-STAT途徑的正負(fù)調(diào)控有四種機(jī)制。d JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控途徑融合 多種不同類型的蛋白激酶，包括幾種MAPK，能使

42、STAT的酪氨酸殘基磷酸化，從而將其它轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的信號融入到JAK-STAT途徑中。 進(jìn)入內(nèi)吞囊泡并遭降解。受體降解 JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的負(fù)調(diào)控過程常使用普通的機(jī)制，如受體反饋抑制 JAK擁有自己專一性抑制劑SOCS（細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)阻遏因子）它能直接結(jié)合并鈍化JAK。那些能促進(jìn)STAT激活的細(xì)胞因子同時也能刺激SOCS編碼基因的表達(dá)，因此SOCS構(gòu)成了一個反饋抑制回路。 修飾滅活 細(xì)胞內(nèi)某些絲氨酸磷酸化反應(yīng)以及蛋白質(zhì)的翻譯后修飾作用會削弱STAT的活性。更為特異性的抑制信號來自蛋白酪氨酸磷酸酶，它們能在膜結(jié)合型的受體激酶復(fù)合物水平上或者在核內(nèi)，除去被激活的STAT二聚體上的磷酸基團(tuán)

43、，剩下的STAT單體則重新回到細(xì)胞質(zhì)中。此外，還有一種名叫激活型STAT蛋白抑制劑（PIAS）的因子能直接與磷酸化的STAT二聚體結(jié)合，從而阻止其對DNA元件的識別。2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 腫瘤壞死因子（TNF）是細(xì)胞凋亡、炎癥發(fā)生、免疫調(diào)節(jié)過程中一類重要的樞紐分子，它涉及到人類多種疾病的發(fā)病機(jī)制，如敗血癥、糖尿病、癌癥、骨質(zhì)疏松癥、多重硬化癥、腸炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。TNF與TNF受體-1（TNF-R1）相互作用，能激活若干信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 早在一百年前就有人指出了TNF的抗癌活性，然而直到1984年純化了人的TNF并克隆表達(dá)了其cDNA編碼區(qū)，人們才對TNF的多重生物

44、活性有了一個全景式的了解。a TNF的結(jié)構(gòu)與功能 TNF是一種由激活的巨噬細(xì)胞合成的同源三聚體，每個亞基有157個氨基酸。它能作用于兩種不同的細(xì)胞表面受體TNF-R1和TNF-R2，其中TNF-R1介導(dǎo)TNF的大部分生理活性。TNF與TNF-R1的結(jié)合能觸發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)的級聯(lián)反應(yīng)，最終激活兩大核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子kB（NF-kB）和c-Jun。這兩大轉(zhuǎn)錄因子可誘導(dǎo)表達(dá)一組具有重要生理功能的基因，涉及細(xì)胞的生長凋亡、組織發(fā)育、腫瘤發(fā)生、免疫識別、炎癥反應(yīng)、環(huán)境壓力應(yīng)答等過程。 TNF與其受體TNF-R1所介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的一個共同特征是，TNF能在細(xì)膜上誘導(dǎo)形成多蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物。2F TNF信號轉(zhuǎn)

45、導(dǎo)途徑b TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的工作原理TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的第一步是TNF三聚體與TNF-R1的胞外功能域特異性結(jié)合，并從TNF-R1的胞內(nèi)功能域上釋放出致死功能域（SODD）的抑制蛋白因子；由此集聚起來的TNF-R1胞內(nèi)功能域又為TNF受體結(jié)合型致死功能域（TRADD）所識別；TRADD再吸引另外三種腳手架因子：受體相互作用型蛋白RIP、TNF-R結(jié)合因子2（TRAF2）、Fas結(jié)合型致死功能域FADD；然后，上述三種腳手架蛋白再將一些關(guān)鍵的酶分子分別召集起來，進(jìn)而啟動三條分支途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 由FADD介導(dǎo)的分支途徑 Fas結(jié)合型致死功能域FADD將caspase-8蛋白酶召集到TNF-R1

46、復(fù)合物上，同時激活caspase-8（通過該蛋白酶的自降解效應(yīng)），并由此引發(fā)一系列蛋白降解反（Fas途徑）應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。由TRAF2介導(dǎo)的分支途徑TRAF2召集細(xì)胞凋亡蛋白-1的兩個抑制劑cIAP-1和cIAP-2，對細(xì)胞實施抗凋亡作用；此外，TRAF2還能激活有絲分裂原激活的蛋白激酶的激酶的激酶（MAPKKK），如胞外信號調(diào)節(jié)型的激酶的激酶的激酶1（MEKK1）或凋亡刺激型激酶1（ASK1），它們通常以復(fù)合物的形式存在于受體的周圍，進(jìn)而激活一個激酶級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致c-Jun N端激酶（JNK）的激活，后者再使c-Jun磷酸化，并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄刺激功能由RIP介導(dǎo)的分支途徑RIP是一種蛋

47、白激酶，起著最終激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB的功能，但RIP不是TNF誘導(dǎo)的NF-kB激活所必需的。NF-kB的激活過程依賴于磷酸化控制的泛激素化反應(yīng)以及kB抑制劑（IkB）的降解作用，后者在未受刺激的細(xì)胞胞質(zhì)中與NF-kB結(jié)合在一起。IkB激酶（IKK）是一種多蛋白復(fù)合物，以TNF誘導(dǎo)的方式使IkB磷酸化。IKK復(fù)合物的核心由兩個催化亞基IKKa、 IKKb和一個調(diào)節(jié)亞基NEMO（NF-kB必需的調(diào)節(jié)因子，又稱IKKg）構(gòu)成。此外，IKK復(fù)合物中還含有一個激酶特異性的分子伴侶，由Cdc37和Hsp90兩種蛋白組成，其功能是幫助IKK復(fù)合物在胞質(zhì)與質(zhì)膜之間穿梭移動。RIP將上述IKK復(fù)合物吸引到的自

48、己身邊，并激活之，該過程通常在TNF配信號處理受體后數(shù)分鐘內(nèi)便可完成。2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑c TNF介導(dǎo)的Fas信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分支途徑 細(xì)胞程序性死亡（細(xì)胞凋亡）以及細(xì)胞死亡的其它相關(guān)形式在機(jī)體發(fā)育、穩(wěn)態(tài)維持、腫瘤監(jiān)視、免疫識別等過程中具有重要作用。細(xì)胞凋亡由兩條主要途徑啟動：內(nèi)源性途徑從線粒體開始；外源性途徑通過致死受體與相應(yīng)配體的結(jié)合而被激活。作為TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的一條分支途徑，F(xiàn)as在細(xì)胞凋亡過程中起著重要的作用。Fas分支途徑的生理功效 Fas又稱為Apo-1或CD95，是腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族中的一個含有致死功能域的成員。Fas不僅在細(xì)胞凋亡的生理調(diào)節(jié)中起著重要作用，而

49、且還與各種惡性腫瘤和自身免疫疾病密切相關(guān)。Fas分支途徑的工作原理在配體不存在時，F(xiàn)as依靠其分子上的配體前體裝配功能域形成無活的復(fù)合物。這種復(fù)合物與配體（FasL或?qū)剐钥贵w）相互作用后便重新組裝，進(jìn)而形成致死誘導(dǎo)型轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物DISC。這種Fas-DISC復(fù)合物中含有腳手架蛋白因子-Fas接合型的致死功能域蛋白（FADD）、蛋白酶caspase-8或caspase-10，能啟動細(xì)胞的程序性死亡過程。在DISC內(nèi)，由FasL誘導(dǎo)的Fas、FADD、caspase-8或caspases-10級聯(lián)作用，導(dǎo)致這些caspase發(fā)生自發(fā)性蛋白水解加工反應(yīng)，進(jìn)而釋放出有活性的蛋白酶。Fas分支途徑的工作

50、原理 在I-型細(xì)胞中，加工好的caspase-8足以直接激活caspase家族的其它成員，它們分別作用于特定的底物，進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞程序性死亡的各個階段。 在II-型細(xì)胞中，caspase的激活還依賴于一輪信號擴(kuò)增，即caspase-8介導(dǎo)裂解凋亡因子原Bcl-2的家族成員Bid繼而釋放線粒體型的凋亡因子原；后者激活caspase-9；活化的caspase-9激活劊子手caspase-3，caspase-3再依次激活Fas-DISC復(fù)合物外圍的caspase-8，從而形成一個正反饋循環(huán)Fas分支途徑的調(diào)控位點上述由Fas介導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡過程中的每一步都是調(diào)控的靶位點，這使得細(xì)胞對Fas配體的刺

51、激具有較大的彈性效應(yīng)。Fas配體FasL的編碼基因在大多數(shù)細(xì)胞中是不轉(zhuǎn)錄的，在少數(shù)細(xì)胞中由轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子NF-kB、AP1、或T細(xì)胞激活的核內(nèi)因子（NF-AT）控制其表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控FasL/Fas介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)（如激活誘導(dǎo)型CD4+T細(xì)胞死亡）。在某些情況下，細(xì)胞也可通過對Fas編碼基因表達(dá)的調(diào)控來左右Fas途徑的響應(yīng)程度，例如由p53誘導(dǎo)的細(xì)胞程序性死亡就是采用這種機(jī)制。 2F TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑d TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的生理意義 TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)一個有趣的特征是它同時連接了細(xì)胞凋亡（Fas分支途徑）、NF-kB（RIP分支途徑）、JNK（TRAF2分支途徑）三條通路，使得三者共同起源于TN

52、F-R1。當(dāng)NF-kB通路不運(yùn)行時，細(xì)胞對TNF誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡易感性增加，而NF-kB的強(qiáng)化激活則能防止細(xì)胞凋亡的發(fā)生。類似地，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺少NF-kB時，TNF誘導(dǎo)的JNK通路激活強(qiáng)度增大，作用時間延長，而幾個由NF-kB激活的基因表達(dá)產(chǎn)物又通過TNF抑制JNK的激活。另一方面，NF-kB的激活能促進(jìn)IkB和其它一些抑制因子（如cIAP）的重新合成，從而使得TNF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的持續(xù)時間和作用強(qiáng)度維持在一個穩(wěn)定的水平上。2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 轉(zhuǎn)化型生長因子-b b（TGF-b b）超家族的成員控制著多種發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維持過程，其活性受損會導(dǎo)致各種人類疾病，包括癌癥、軟骨發(fā)育障礙、肺源性高血壓等。 T

53、GF-b b家族成員這些重要生物功能的實現(xiàn)，依賴于TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，也稱SMAD信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 轉(zhuǎn)化型生長因子-b（TGF-b）超家族的第一個成員，分泌型多肽因子TGF-b1，是在三十多年前發(fā)現(xiàn)的。迄今為止，在脊椎動物體內(nèi)已經(jīng)鑒定了三十多個新成員，并在無脊椎動物線蟲和果蠅中也發(fā)現(xiàn)了十幾個結(jié)構(gòu)和功能相似的蛋白質(zhì)。 TGF-b1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的很多組分是腫瘤抑制劑，在癌細(xì)胞中，它們的功能往往發(fā)生障礙。a TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的配體與受體TGF的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程脊椎動物、線蟲、果蠅的TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相當(dāng)保守簡單。與TGF-b家族信號相互作用的細(xì)胞表面受體是一種單跨膜的蛋白復(fù)合物

54、，含有一個胞內(nèi)激酶功能域，能使Thr/Ser殘基磷酸化。該受體復(fù)合物包括兩個不同的轉(zhuǎn)膜蛋白，即I-型受體和II-型受體。配體結(jié)合后兩者相互結(jié)合，并發(fā)生單一方向的磷酸化反應(yīng)，即II-型受體使I-型受體磷酸化，激活I(lǐng)-型受體上的激酶功能域，接著I-型受體再將信號傳遞給胞內(nèi)腳手架因子SMAD家族成員。 2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 SMAD腳手架蛋白家族是TGF途徑中胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物的核心組成部分，它從細(xì)胞表面受體處接受信號，并直接傳遞至核內(nèi)。SMAD可分為三個不同的類別。b TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的腳手架復(fù)合物受體調(diào)控型SMAD受體 調(diào) 控 型S M A D （ R -Smad）包括Smad1、Smad

55、2、Smad3、Smad5和Smad8。I-型受體直接在它們C端兩個保守的Ser殘基上磷酸化。磷酸化了的R-Smad在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中擁有多種功能，它們誘導(dǎo)自身從受體復(fù)合物以及受體激活型SMAD錨定因子SARA（其功能就是將SMAD吸引至近膜處）上釋放出來，然后進(jìn)入核內(nèi)并得以積累。 輔助型SMAD輔助型SMAD（Co-Smad）只有Smad4一個成員。游離型的R-Smad進(jìn)入核內(nèi)之后，與Smad4構(gòu)成異源復(fù)合物，這種復(fù)合物再與各種DNA結(jié)合蛋白、轉(zhuǎn)錄共激活因子、或轉(zhuǎn)錄共阻遏因子結(jié)合，進(jìn)而正負(fù)調(diào)控相關(guān)靶基因的表達(dá)。抑制型SMAD抑制型SMAD包括Smad6和Smad7，其功能是抑制R-Smad的功

56、能，從而阻斷TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。泛素依賴性的蛋白降解途徑控制著SMAD蛋白的豐度，進(jìn)而使TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 脊椎動物擁有七種不同的 I-型受體和五種不同的 II-型受體，各型中的任何一種受體都能與另一型中的受體混合配對，并響應(yīng)TGF-b b 配體家族的信號。盡管受體與配體復(fù)合物的形式并不完全一致，但其生物信號輸出的性質(zhì)僅僅取決于 I-型受體。七種 I-型受體中的三種受體使R-Smad中的Smad2、Smad3磷酸化，進(jìn)而轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-b b類的信號；另外四種 I-型受體則激活R-Smad中的Smad1、Smad5、Smad8，進(jìn)而轉(zhuǎn)導(dǎo)由成骨蛋白（BMP

57、）信號分子介導(dǎo)的途徑。c TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的復(fù)合形式2G TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 由于細(xì)胞總是暴露在多重信號分子的作用之下，因此TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也能與其它途徑交叉工作。例如，由受體酪氨酸激酶激活的MAPK能直接磷酸化SMAD，從而修飾TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。此外SMAD也能與其它信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子協(xié)同工作。ERK、p38、JNK）、蛋白激酶B（PKB/Akt）。c TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的復(fù)合形式 雖然大量的證據(jù)表明，SMAD在TGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起著極為重要的作用，但由TGF-b b介導(dǎo)的不依賴SMAD的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑同樣存在。例如。TGF-b b能迅速激活Rho家族成員GTP酶、MAPK（

58、如2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑PP123456POHHOOHPP123456POHOHP磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸酯4,5-PIP2磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯3,4,5-PIP3PI3KCH2CHCH2OOCCOO磷酸肌醇-3-激酶2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸酯（PIP2）的磷酸化反應(yīng)，生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯（PIP3），后者在細(xì)胞生存、細(xì)胞代謝、細(xì)胞構(gòu)架重組過程中起著重要作用。由PI3K介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑則與重度炎癥、糖尿病、癌癥密切相關(guān)。例如，PI3KNada Y. Kalaany & David M.

59、Sabatini，Nature，458，725，2009信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的異常激活會降低腫瘤組織對食物限制的敏感性。2H PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）有多種分子形式，其中 IA 型的PI3Ks包括PI3Ka、PI3Kb、PI3Kd，它們通過含有蛋白質(zhì)酪氨酸激酶活性的生長因子受體，負(fù)責(zé)響應(yīng)生長因子的刺激，進(jìn)而對細(xì)胞生長、分裂、生存等過程產(chǎn)生重要的調(diào)控作用；IB 型的PI3Ks主要包括PI3Kg，它為G蛋白偶聯(lián)型受體所激活。大多數(shù)目前已知的能激活PI3Kg的配體，均涉及對免疫系統(tǒng)及血管內(nèi)壁的多種類型細(xì)胞內(nèi)重要生理過程的調(diào)控，如炎癥發(fā)生、心血管平滑肌收縮等。a PI3K的結(jié)構(gòu)與功

60、能IA型PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 IA型PI3K為異源二聚體，由一個調(diào)節(jié)亞基p85和一個催化亞基p110組成。在未被配體刺激的細(xì)胞中，調(diào)節(jié)亞基將催化亞基維持在一個低活性狀態(tài)；當(dāng)生長因子受體或其它腳手架蛋白被激活，調(diào)節(jié)亞基便與受體磷酸化的Tyr殘基直接作用，進(jìn)而介導(dǎo)催化亞基Pp85PPPp110RasGTP信號分子PIP2PIP3的激活。另一方面，被受體激活了的Ras蛋白也能直接作用于p110，更進(jìn)一步刺激PI3K的活性，從而實現(xiàn)信號的放大?；罨说腜I3K將質(zhì)膜脂雙層上的磷脂酰肌醇-受體4,5-二磷酸酯PIP2轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯PIP3 。 PI3Ka a / PI3Kb b / PI