多肽生長因子及其受體課件

多肽生長因子及其受體多肽生長因子及其受體1主要介紹內容多肽生長因子簡介多肽生長因子的分類多肽生長因子受體的結構與功能生長因子及其受體與癌基因主要介紹內容多肽生長因子簡介2一、多肽生長因子簡介1.1

研究歷史多肽生長因子的發(fā)現(xiàn)：1948年美國Hamburger實驗室Bueker將S180瘤塊植入鼠胚中，發(fā)現(xiàn)小鼠感覺和交感神經(jīng)纖維生長加快，神經(jīng)節(jié)明顯增大。意大利女科學家RitaLevi-Montalcini受邀來到Hamburger實驗室工作，并對這一現(xiàn)象產(chǎn)生興趣。1952年，年輕的生物化學家StanleyCohen加入RitaLevi-Montalcini研究。爾后獨立研究。一、多肽生長因子簡介1.1研究歷史31960年前后RitaLavi-Montalcini終于將這一物質分離純化，定名為神經(jīng)生長因子（NGF）。幾乎同時StanleyCohen發(fā)現(xiàn)了表皮生長因子（EGF）。1971年Balk發(fā)現(xiàn)血小板源生長因子（PDGF）。1974年Gospodarowicz發(fā)現(xiàn)成纖維細胞生長因子（FGF）；1978年他又發(fā)現(xiàn)內皮細胞生長因子（ECGF）。1986年RitaLevi-Montalcini和StanleyCohen同時獲得了諾貝爾生理醫(yī)學獎。目前已發(fā)現(xiàn)生長因子一百余種。1960年前后RitaLavi-Montalcini終于將41.2

生長因子的概念生長因子(growthfactor),又稱為“生長素”：原指對微生物、植物、家畜等有明顯刺激生長作用的物質。后被沿用于細胞培養(yǎng)中。1976年Gospodarowicz定義：在體內和/或體外，對動物細胞生長(包括細胞的伸長和擴大及細胞的增殖與分裂)有促進作用的物質，但不是營養(yǎng)成分即在細胞內被利用的物質的代謝物、輔酶等。1.2生長因子的概念生長因子(growthfactor51.2

生長因子的概念現(xiàn)代定義，補充了對細胞生長有抑制作用，同時在靶細胞上有特異性受體的生長因子。生長因子的特點：由生物細胞產(chǎn)生的微量活性物質,非營養(yǎng)物質；多數(shù)分子量為5~80kD的肽類；與靶細胞特異性受體結合后發(fā)揮生物學作用；生物學作用包括促進和/或抑制細胞的生長增殖分化。1.2生長因子的概念現(xiàn)代定義，補充了對細胞生長有抑制作用61.2

生長因子的概念通用名稱：細胞學家：生長因子；免疫學家：細胞因子(cytokine)、淋巴因子(lymphokine)、白細胞介素(interleukin)等；血液學家：造血生長因子(hematopoieticgrowthfactor)、集落刺激因子(colony-stimu-latingfactor)等。1.2生長因子的概念通用名稱：71.3多肽生長因子作用的特點1.3.1

生長因子特殊的分泌機制：非特殊腺體分泌、無特異的靶細胞、運送方式通過血液循環(huán)或細胞間液擴散。分泌方式旁分泌：細胞分泌的生長因子作用于鄰近的細胞；自分泌：細胞分泌的生長因子反過來又作用于分泌細胞本身,調節(jié)自身的生長特性；內（在）分泌：細胞分泌的生長因子不分泌到胞外，直接作用于細胞內或核上受體。1.3多肽生長因子作用的特點1.3.1生長因子特殊的分81.3.2生長因子的多功能性來源廣泛性：如血小板源生長因子PDGF，不僅血小板可以分泌，而且平滑肌細胞、內皮細胞、正常和癌變的膠質細胞；靶細胞多樣性：細胞介素不僅可以作用于免疫細胞,而且對角質細胞、軟骨細胞、纖維細胞、神經(jīng)母細胞、膠質細胞也有明顯的影響；NGF不僅作用于神經(jīng)細胞，也與造血細胞集落的生長和分化、精子的成熟、存活和運動等有關聯(lián)；轉化生長因子TGF-β可抑制T細胞和B細胞成熟和分泌免疫球蛋白。1.3.2生長因子的多功能性來源廣泛性：如血小板源生長因91.3.2生長因子的多功能性多功能性:一種多肽生長因子對效應細胞有不同的作用。EGF是廣泛的細胞分裂劑，但卻抑制毛囊細胞的分裂，故廣泛地用于脫毛；處境依賴性：在不同的環(huán)境或發(fā)育階段，生長可表現(xiàn)出不同效應或相反效應。如轉化生長因子TGF–β1作用于被myc基因轉染的Fisher3T3細胞時，若在EGF存在時，表現(xiàn)為抑制細胞的生長；而在PDGF存在時，則表現(xiàn)為促進細胞的生長。1.3.2生長因子的多功能性多功能性:一種多肽生長因子101.3.3生長因子作用之間的協(xié)同性每種生長因子有多個靶細胞，每個靶細胞又有多種生長因子的作用，因而生長因子的調控是一種網(wǎng)絡調控。它們相互影響,相互調節(jié),存在一種精密調控的途徑,最終達到一種細微的平衡.如果兩種或多種生長因子的相互作用產(chǎn)生疊加或附加效應,或產(chǎn)生比預期更強的作用,稱之為協(xié)同作用.1.3.3生長因子作用之間的協(xié)同性每種生長因子有多個靶細111.3.3生長因子作用之間的協(xié)同性例如,細胞的分裂周期包括G0、G1、S、G2和M期，生長因子主要是影響細胞周期能否越過G1期限制點(restrictionpoint),使細胞進入增殖.PDGF、FGF、CaM等推動G0和G1期細胞進入分裂前的感受態(tài)，稱為感受因子(competencefactor)；EGF、TGF-α、IGF-1(胰島素樣生長因子)、胰島素等，促使感受態(tài)細胞進一步發(fā)展向S期過渡,稱增進因子(progressionfactor)

。二者在時間和效應上連續(xù)協(xié)同作用.1.3.3生長因子作用之間的協(xié)同性例如,細胞的分裂周期12通過其受體結合而發(fā)揮效應，量微而作用強發(fā)揮效應多效性：重疊，拮抗，協(xié)同，增強，網(wǎng)絡性雙重作用：1利免疫調節(jié)，促造血，抗感染，腫瘤2害炎癥休克發(fā)熱自身免疫腫瘤通過其受體結合而發(fā)揮效應，量微而作用強131.4

多肽生長因子受體的特殊性質生長因子受體只有一個疏水跨膜序列，而其它類信息分子受體一般有4-7個跨膜區(qū).多跨膜區(qū)受體與膜的相互作用十分重要,配體活化受體的主要作用是通過膜的構象的改變而實現(xiàn)信號的轉導.生長因子受體僅一個跨膜區(qū),受體與膜作用十分簡單;許多生長因子受體不僅具有受體功能(結合配體發(fā)生構象變化),而且具有酶活性(作為激酶催化底物蛋白可以將Tyr、Ser和Thr磷酸化).1.4多肽生長因子受體的特殊性質生長因子受體只有一個疏水跨141.4

多肽生長因子受體的特殊性質多種生長因子受體共用一種亞基。如IL-3、IL-5、GM-CSF（粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子）雖有各自特異的受體α亞基，但它們之間親合力較低.若和共同的βc亞基形成復合體后，才結合比較緊密；IL-2、IL-4、IL-7受體共用γ亞基；IL-6、LIF（白血病抑制因子）、CNTF（睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子）和OSM（抑瘤蛋白）受體共用一個可溶性的gp130(信號轉導子)。1.4多肽生長因子受體的特殊性質多種生長因子受體共用一種亞15二、多肽生長因子的分類根據(jù)細胞生物學效應：分為細胞生長促進因子和細胞生長抑制因子。但有的生長因子有雙功能效應，如TGF-β。根據(jù)理化性質：分為單鏈多肽（EGF）；無糖鏈多肽二聚體（IGF）；含糖鏈多肽二聚體（PDGF）；糖蛋白（CSF、IL）。根據(jù)作用方式：增殖因子（IL-2、IL-3、GM-CSF等）、分化因子（B細胞生長因子、γ干擾素等）和效應因子（腫瘤壞死因子TGF等）。二、多肽生長因子的分類根據(jù)細胞生物學效應：分為細胞生長促進因16二、多肽生長因子的分類當前主要根據(jù)其生理功能分類：與神經(jīng)系統(tǒng)有關的生長因子與免疫系統(tǒng)和造血調控有關的生長因子與軟組織體細胞有關的生長因子與骨組織有關的生長因子二、多肽生長因子的分類當前主要根據(jù)其生理功能分類：172.1與神經(jīng)系統(tǒng)有關的生長因子1.神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotrophicfactors，NTFs）：一類與神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育、正常功能維持及損傷修復有關的多肽生長因子。主要包括：

A.NGF家族:NGF——促進外周感覺和交感神經(jīng)元及中樞膽堿能神經(jīng)元的存活并誘導神經(jīng)元的分化成熟;BDNF(腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子)——支持培養(yǎng)的胚胎感覺神經(jīng)元的存活；NT-3、NT4/5——促進外周感覺神經(jīng)元的存活及突起生長。2.1與神經(jīng)系統(tǒng)有關的生長因子1.神經(jīng)營養(yǎng)因子（neu182.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子

B.CNTF：在胚胎期通過抑制交感神經(jīng)元的分裂而影響其分化，此外對交感神經(jīng)元、小腦部分神經(jīng)元的存活也有一定作用。

C.FGF家族：包括酸性FGF(aFGF)、堿性FGF(bFGF)、hst/KS3、int-2、FGF-5、FGF-6和角質細胞生長因子(KGF或FGF-7).FGF在體外能促進多種中樞及外周神經(jīng)元的存活及突起生長,在體內也能促進損傷神經(jīng)元的修復與再生.2.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子B.CNTF：在胚胎期通過抑制192.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子

D.IGFs家族:包括IGF-I和IGF-II.二者有相似的結構和體外活性,但體內生物學效應不同.IGF-I對外周神經(jīng)元有較強的營養(yǎng)作用;IGF-II對中樞系統(tǒng)營養(yǎng)作用更強.IGF-I在體外能支持交感和背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的生長.E.EGF超基因家族:EGF—可促進中樞神經(jīng)元的存活及突起生長;TGF----能促進新生大鼠背根神經(jīng)節(jié)的存活.2.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子D.IGFs家族:包括IGF202.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子F.TGF-β超基因家族:包括TGF-β家族和TGF-β類似物(如骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP家族、抑制素、活化素等）。TGF-β家族又有TGF-β1~TGF-β5，其中TGF-β1~TGF-β3存在于哺乳動物中，而以TGF-β1含量最高。在正常成年哺乳動物神經(jīng)組織中，TGF-β1的表達水平較低，但在腦損傷過程中其表達增加，提示它在神經(jīng)損傷中起非常重要作用。1993年發(fā)現(xiàn)一種新的膠質細胞系來源的GDNF，屬于TGF-β超基因家族。它能選擇性地促進多巴神經(jīng)元的存活，這給Parkinson病的治療帶來新的希望。2.1.1神經(jīng)營養(yǎng)因子F.TGF-β超基因家族:包括212.1.2神經(jīng)突起生長因子(NPFs）具有較強的促進神經(jīng)元長出突起和加速突起生長的作用，但無明顯的維持神經(jīng)元存活作用的多肽生長因子。包括：膠質細胞源性粘合素（GDN）；細胞表面及胞外基質中的粘合分子（如L1-相關蛋白、基膜粘連蛋白LN、纖維粘連蛋白FN）；生長相關蛋白（GAP），等等。這類因子相對神經(jīng)營養(yǎng)因子種類較少。2.1.2神經(jīng)突起生長因子(NPFs）具有較強的促進神經(jīng)222.2與免疫系統(tǒng)和造血調控

有關的生長因子免疫系統(tǒng)和造血系統(tǒng)難以分開，這兩個系統(tǒng)的相關生長因子也存在相互聯(lián)系。它們的功能包括促進或抑制免疫細胞、造血細胞生長、分化、維持、分泌特殊物質等。相關因子包括：IL-1~15(白細胞介素1~15,其中IL-13/14,1993;IL-15,1994)、TNF(腫瘤壞死因子)、IFN(干擾素)、EPO(血紅細胞生成素)、M-CSF、G-CSF、M/G-CSF、TGF-β、TPO(促血小板形成素,1994)、SCF(干細胞生長因子)等等。2.2與免疫系統(tǒng)和造血調控

有關的生長因子免疫系統(tǒng)和造血系232.3

與軟組織體細胞有關

的生長因子主要指對成纖維細胞、內皮細胞、表皮細胞、肌細胞、腺體細胞等體細胞有促進生長分化增殖作用的生長因子。包括FGF、EGF、TGF-α、IGF、PDGF等；特點：多功能性明顯，特異性不強。作用范圍：與胚胎發(fā)育、細胞生長分化、細胞增殖、組織損傷修復、多種病理生理現(xiàn)象等。以血管形成和創(chuàng)傷愈合為例剖析生長因子作用。2.3與軟組織體細胞有關

的生長因子主要指對成纖維細胞、242.3

與軟組織體細胞有關

的生長因子血管形成作用的刺激因子：FGF、VEGF/VPF（血管內皮生長因子/血管通透因子）、PD-ECGF（血小板源內皮細胞生長因子）、EGF、TGF-α、CSFs等。血管形成作用的抑制因子：主要是IFN-

。此外，TGF-β、TNF-α等在體內能通過某些間接的機制誘導血管的形成，在體外又能促進內皮細胞的分化而抑制血管的形成。2.3與軟組織體細胞有關

的生長因子血管形成作用的刺激因子252.3

與軟組織體細胞有關

的生長因子創(chuàng)傷愈合指外傷或其他病變破壞造成組織損傷后，局部進行修補的一系列病理生理過程。影響創(chuàng)傷愈合的因子主要有：PDGF、TGFs、FGF、EGF、IGFs、NGF、TGF、BMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）、IL-1、IL-2等。生長因子能誘導炎癥細胞浸潤、促進修復細胞的增殖分化、刺激肉芽組織的增生，影響傷口愈合和組織重建。2.3與軟組織體細胞有關

的生長因子創(chuàng)傷愈合指外傷或其他262.4與骨組織有關的生長因子在哺乳動物生長發(fā)育過程中，始終經(jīng)歷了骨的新陳代謝—-骨重建過程。包括骨形成和骨吸收兩個方面，前者有成骨細胞和軟骨細胞，后者有破骨細胞組成。參與骨形成的因子有：IGFs、TGF-β、PDGF、IL-1、FGF、EGF等；參與骨吸收的因子有：TGF-β、IL-1、IFN-γ等。TGF-β、IL-1具有雙重作用。2.4與骨組織有關的生長因子在哺乳動物生長發(fā)育過程中，始27三、多肽生長因子受體

的結構與功能3.1

多肽生長因子受體的概念多肽生長因子受體：指細胞表面或亞細胞組分（如血清）中的蛋白質（通常是糖蛋白），可以識別并特異地與其配體——生長因子（又稱第一信使）結合，從而激活或啟動一系列生物化學反應，最后導致對該細胞特定的生物效應（調節(jié)細胞的生長、分化和發(fā)育）。一般特征：與配體結合的特異性、可逆性、飽和性、具傳導信號的能力。三、多肽生長因子受體

的結構與功能3.1多肽生長因子受體283.1

多肽生長因子受體的概念血清型受體：在血清中發(fā)現(xiàn)的可與生長因子可逆性結合的可溶性結合蛋白。其功能可能是生長因子的載體蛋白、血清生長因子濃度的調節(jié)者，也可能是膜受體水解后釋放的胞外成分。許多受體是一種特殊的膜結合性的別構酶（受體酶），如酪氨酸蛋白激酶（TK）。許多生長因子和受體與癌基因蛋白產(chǎn)物序列同源：如雞成紅細胞增多癥病毒癌基因（v-erb-B）與EGF受體基因同源。3.1多肽生長因子受體的概念血清型受體：在血清中發(fā)現(xiàn)的可293.2生長因子受體的結構

區(qū)段及其功能生長因子受體都是膜結合的糖蛋白。生長因子受體有三個結構區(qū)域：胞外配體結合結構域：N端，占分子1/5---一半，含一個信號肽和較多Cys殘基，是糖基結合位點，也是生長因子結合區(qū)域，參與受體的構象變化和信號的跨膜轉導。跨膜結構域：一般由20-25個疏水氨基酸組成，含較多的Leu、Ile、Val、Ala、Gly。有兩個方面作用：一是連接受體胞內外區(qū)，并錨定于膜上；二是通過疏水性氨基酸帶動受體在膜上移動。3.2生長因子受體的結構

區(qū)段及其功能生長因子受體都是膜303.2生長因子受體的結構

區(qū)段及其功能胞內區(qū)：受體分子信號轉導的關鍵部位。大多有TK結構域，TGF-β受體家族的胞內區(qū)含有Ser或Thr蛋白激酶（STK）結構域。還有一些尚未發(fā)現(xiàn)明顯的蛋白激酶活性。TK和STK區(qū)域有各自的一致序列，保守性高。其功能是通過蛋白激酶對其胞內底物相應殘基磷酸化，把生長因子結合的信號轉化為胞內信號。有些受體在膜內近膜區(qū)有一段保守序列。同家族保守性高,不同家族保守序列相差較遠,功能各異.3.2生長因子受體的結構

區(qū)段及其功能胞內區(qū)：受體分子信313.3生長因子受體的分類3.3.1

胞內含有蛋白激酶結構域的受體（1）含酪氨酸蛋白激酶活性受體(TK-R)A.TK-R結構特點：在胞內TK區(qū)有高度保守的序列：Gly-X-Gly-X-X-Gly-X（15-20）-LysB.包括成員：IGF-I受體家族：與胰島素受體結構相似，由四條鏈組成，胞外有富含Cys區(qū)和糖基化位點；EGF受體家族：單鏈,胞外有兩個Cys區(qū)；PDGF受體家族(Ig超家族)：單鏈,胞外無富含Cys區(qū),但有富含Ig樣結構(3~5個),富含β-折疊。3.3生長因子受體的分類3.3.1胞內含有蛋白激酶結構域32TK-R結構模式圖ααββKITKCys免疫球蛋白樣區(qū)域

IGF-IREGF-RPDGF-R

FGF-R

Insulin-R

HER2/neu

M-CSF-R

插入序列TK-R結構模式圖ααββKITKCys免疫球蛋IG33（2）胞內STK結構域的受體主要是TGF-β受體超家族（迄今最為復雜）；胞外部分氨基酸鏈僅占1/5；胞外近膜區(qū)都有保守的富含Cys的區(qū)域(Cys盒)；胞內C端有富含Ser和Thr的尾巴；近膜區(qū)都有保守的Ser-Gly-Ser-Gly-Ser-Gly序列(GS結構);胞內區(qū)都有STK活性。成員包括:TGF-β受體(I型和II型)、活化素受體(I型和II型)和BMP受體等.只有兩類受體的異源二聚體才能向胞內傳導信號。（2）胞內STK結構域的受體主要是TGF-β受體超家族（迄343.3.2胞內不含蛋白激酶的受體(1)造血受體超家族：是目前發(fā)現(xiàn)數(shù)量最大的超家族，包括EPO-R、IL-(2、3、4、5、7、9等)-R、TPO-R、LIF-R、G-CSF-R、GM-CSF-R等，結構特點是在胞外有4個保守的Cys和胞外近膜區(qū)的五氨基酸特殊序列：Trp-Ser-X-Trp-Ser；(2)TNF受體：結構特點是在胞外有長達160氨基酸組成的富含Cys區(qū)，每40個氨基酸組成重復結構。包括TNF-R、NGF-R和一些和、跨膜糖蛋白。3.3.2胞內不含蛋白激酶的受體(1)造血受體超家族：是353.4多肽生長因子受體的調節(jié)3.4.1受體調節(jié)機制—受體寡聚化活化模型多肽生長因子受體在結合生長因子后，胞外區(qū)發(fā)生構象變化，會引起受體在細胞膜上的運動、聚集，從而使胞內區(qū)的TK也相互靠近。相互靠近的TK區(qū)互相催化受體的磷酸化，使受體發(fā)生磷酸化和活化。聚集化和活化的結果，使受體的TK酶活性升高，并提高了受體對配體的親和力。3.4多肽生長因子受體的調節(jié)3.4.1受體調節(jié)機制—受363.4.2受體調節(jié)的方式同種特異性調節(jié)：生長因子結合受體后，引起受體復合物內吞作用，使膜上自身受體數(shù)量減少，故同種特異性調節(jié)也稱為下調。受體內吞后的去向可能被溶酶體降解，也可能進行再循環(huán)到達細胞膜表面；TK酶活性對活化溶酶體起重要作用。反式調節(jié)：一種分子的作用（可能是生長因子，也可能是激素等其它分子），使其它生長因子受體數(shù)量上升或受體親和力改變的現(xiàn)象。如胰島素對IGF作用。這是受體之間的相互作用。缺少TK序列的受體的調節(jié)：目前所知甚少。3.4.2受體調節(jié)的方式同種特異性調節(jié)：生長因子結合受體373.5生長因子受體胞內信號通路生長因子及受體在胞內的信號傳導通路，與激素等信號分子的信號傳導通路形成互通網(wǎng)絡；TK受體系統(tǒng)：通過G蛋白、PLC-γ、PIP2、DAG、IP3、PKC、CaM等；STK受體系統(tǒng)：TGF-β受體主要分成三種類型，其中III型與信號傳導無直接關系。生長因子先作用II型受體，形成的復合物作用于I型受體，活化的I型受體作用于其它信號途徑中的蛋白，進行磷酸化激活，將信號傳遞到細胞內。3.5生長因子受體胞內信號通路生長因子及受體在胞內的信號38