酶活性受體及相關(guān)信號通路的基礎(chǔ)研究

張鈴

酶活性受體及相關(guān)信號通路的基礎(chǔ)研究

張鈴

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)廣義上包括生物體與環(huán)境之間，生物體及其細(xì)胞之間，以及細(xì)胞內(nèi)以各種物理、化學(xué)物質(zhì)為載體的所有的信息交流系統(tǒng)。狹義上指細(xì)胞感受、轉(zhuǎn)導(dǎo)及傳遞內(nèi)外環(huán)境刺激并調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)的生物化學(xué)分子機(jī)制，這也是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的核心內(nèi)容。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是一個復(fù)雜龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)初始信號的級聯(lián)放大與精密調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同信號刺激的不同效應(yīng)。細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在應(yīng)答環(huán)境刺激和調(diào)節(jié)基因表達(dá)、生理反應(yīng)的同時，不僅維持著細(xì)胞的正常代謝，且最終決定了細(xì)胞的增殖、生長、分化、衰老、死亡等基本生命現(xiàn)象，保證生命過程中物質(zhì)和能量代謝處于恒穩(wěn)狀態(tài)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由信號分子，細(xì)胞受體，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，第二信使構(gòu)成的，其中細(xì)胞受體包含膜受體和細(xì)胞內(nèi)受體，膜受體及其相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的主要內(nèi)容。本文針對膜受體中的酶活性受體相關(guān)基礎(chǔ)研究做一綜述。

酶活性受體由胞外域、單跨膜域和胞質(zhì)激酶域3部分組成。胞外域可接受信號，引起胞質(zhì)域激酶活性變化，產(chǎn)生信號級聯(lián)反應(yīng)，因此酶活性受體具備信號放大的功能。目前發(fā)現(xiàn)有4種酶活性受體:受體酪氨酸激酶(RTK)，受體絲氨酸/蘇氨酸激酶(RSTK)，受體樣蛋白酪氨酸磷酸酶(RPTP)和鳥苷酸環(huán)化酶－鈉尿激素肽受體(GC－NPR)，分別具有酪氨酸激酶、絲氨酸/蘇氨酸激酶、酪氨酸磷酸酶和鳥苷酸環(huán)化酶的活性。多數(shù)受體在結(jié)合配體后二聚化并被激活，其中RTK、RPTP和GC－NPR形成同源二聚體，而RSTK、RTK中的EGF受體則形成異源二聚體，激活后的受體激酶可以使受體自身關(guān)鍵酶殘基磷酸化，也可以使二聚體中的另一個蛋白質(zhì)或下游蛋白質(zhì)磷酸化。與之相反，RPTP在與配體結(jié)合后可使胞質(zhì)蛋白去磷酸化而使酶活性受抑。配體結(jié)合NPR受體后可以將GTP轉(zhuǎn)換成cGMP。每一類型的酶活性受體又分為不同亞類，它們接受的信號主要來自臨近細(xì)胞和組織，以生長因子為主，屬于旁分泌信號或相鄰細(xì)胞信號，也有一些受體接受遠(yuǎn)距離的信號。在動物細(xì)胞中這一類受體雖然所占的比例不大，卻發(fā)揮重要作用，在植物細(xì)胞中絲氨酸/蘇氨酸激酶受體激酶家族的成員大量擴(kuò)增，相對于其他類型的受體占優(yōu)勢［1］。

一、酶活性受體

1．受體酪氨酸激酶(RTK):主要有5個受體亞家族:Eph－R、EGF－R、INS－R、FGF－R、PDGF－R及NGF－R。RTK的胞質(zhì)區(qū)可劃分為3個不同區(qū)段，第一區(qū)段緊鄰質(zhì)膜區(qū)的第41～50個氨基酸，其中有被PKA和其他絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶作用的位點(diǎn)，是RTK活性和功能的負(fù)調(diào)節(jié)部位，第二區(qū)段是酪氨酸蛋白激酶活性位點(diǎn)所在的催化區(qū)，第三區(qū)段位于羧基端尾部，主為親水性結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)酪氨酸激酶的活性，并具有自身磷酸化和被其他蛋白激酶磷酸化的酪氨酸殘基，是激酶活性重要的調(diào)節(jié)位置。配體與RTK結(jié)合后會引起RTK構(gòu)象變化，其二聚化并促使磷酸化發(fā)生，而在配體解離后RTK又恢復(fù)成無活性的單體形式。RTK的酪氨酸殘基磷酸化對激酶活性有正性調(diào)節(jié)作用，而絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化對激酶活性有抑制作用。

RTK的靶蛋白含有SH2結(jié)構(gòu)域、多個蛋白質(zhì)元件如PTB結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域等，以及不同的酶活性區(qū)［2］。靶蛋白的SH2結(jié)構(gòu)域與活化的RTK的磷酸化酪氨酸結(jié)合，PTB結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合RTK的磷酸化或非磷酸化的酪氨酸區(qū)域，PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合不同種類的磷脂酰肌醇，可導(dǎo)致其與質(zhì)膜相連，SH3結(jié)構(gòu)域和WW結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)結(jié)合下游靶蛋白中富含脯氨酸的序列，PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合下游靶蛋白C端的疏水酪氨酸殘基，F(xiàn)YVE結(jié)構(gòu)域特異結(jié)合磷脂酰肌醇－3－磷酸，酶活性區(qū)種類有蛋白激酶(Src、PKB)、蛋白磷酸酶(ShP2)、磷脂酶C和GTP酶(Ras－GAP或Rho－GRF)等。接頭蛋白(如Grb2或NCK)只含有SH2和SH3，并含有多個磷酸化酪氨酸位點(diǎn)，可作為各種信號蛋白的SH2結(jié)構(gòu)域提供錨定位點(diǎn)，可作為招募信號蛋白的平臺來幫助完成RTK的信號傳導(dǎo)，這些接頭蛋白的N端都有質(zhì)膜錨定區(qū)，多數(shù)通過PH結(jié)構(gòu)域，少數(shù)通過跨膜區(qū)或烷基化修飾與質(zhì)膜相連［1，2］。激活的RTK受體向細(xì)胞內(nèi)傳遞信息有兩種方式:蛋白磷酸化和蛋白－蛋白間相互作用。首先受體發(fā)生酪氨酸磷酸化，酪氨酸磷酸化后與接頭蛋白結(jié)合，如Grb2的SH2、SH3結(jié)構(gòu)域(Src同源結(jié)構(gòu)域2、3)。根據(jù)含有SH2、SH3區(qū)域的蛋白質(zhì)性質(zhì)，可以將它們分為兩類:一類蛋白質(zhì)具有某種酶的活性或功能，另一類則僅起連接作用。前者包括胞質(zhì)內(nèi)存在的酪氨酸激酶(Src，Abl，Ayk，Csk，JAK)、磷脂酶C(PLC)、Ras－GAP、磷酸酪氨酸蛋白等。c－Crk、Grb2、Nck是典型的起連接作用的第二類型SH2/SH3蛋白，還發(fā)現(xiàn)有些蛋白兼具有上述兩種作用，如PI3K的P85亞單位［3］。

由于RTK上有多個磷酸化的酪氨酸殘基，可以結(jié)合多種靶蛋白，可以啟動多個下游信號通路［2］: PI3K、Ras－MAPK、JAK－STAT、Cdc42－JNK、PLCγ等。RTK在細(xì)胞的生命過程中起到了核心調(diào)控作用，參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞存活、細(xì)胞代謝、細(xì)胞遷移、細(xì)胞周期調(diào)控等過程。RTK的突變或活性異常與糖尿病、炎癥、嚴(yán)重骨疾患、動脈粥樣硬化、腫瘤形成(如婦科腫瘤中的乳腺癌、卵巢癌)、腫瘤轉(zhuǎn)移、血管新生、腫瘤預(yù)后及腫瘤對化療敏感性密切相關(guān)［1，4］。隨著對RTK認(rèn)識的不斷深入，Engelman［5］認(rèn)為，針對RTKs利用的共同信號通路，如PI3K通路設(shè)計(jì)的靶向藥物較單獨(dú)以RTK為靶向的治療藥物更為有效。

(1)RTK－PI3K－PKB/Akt途徑:PI3K是一種可以使肌醇環(huán)第3位羥基磷酸化的磷脂酰肌醇激酶; PKB是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，因與PKA、PKC家族有同源性而得名，又因是V－akt病毒癌基因而被稱為Akt。配體受體結(jié)合后→RTK磷酸化→PI3K的SH2結(jié)構(gòu)域與RTK磷酸化酪氨酸位點(diǎn)結(jié)合后PI3K激活→產(chǎn)生IP3→IP3結(jié)合PKB的PH區(qū)將其招募至質(zhì)膜→PKB催化區(qū)Thr308和調(diào)節(jié)區(qū)Ser473被PDK1等與質(zhì)膜相連的激酶磷酸化而激活→繼續(xù)磷酸化下游底物［其中包括在細(xì)胞生長中處于核心地位的效應(yīng)蛋白雷帕霉素靶蛋白(mTOR)］，通過激活或抑制其下游靶蛋白如Bad、NF－κB、糖原合成酶激酶－3(GSK－3)、Forkhead相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(FKHR)、procaspase 9等，傳遞信息［6］。下游涉及葡萄糖吸收、細(xì)胞生長、細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞遷移、細(xì)胞骨架重排等生理病理過程。該途徑可被多種信號分子激活，包括生長因子、炎癥介導(dǎo)因子、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、免疫球蛋白、抗原等，激活該通路的受體主要有RTK、G蛋白偶聯(lián)受體。已知此通路異常與腫瘤形成、糖尿病發(fā)生密切相關(guān)。

(2)RTK－Ras－Raf－MAPK途徑:Grb2的SH2結(jié)構(gòu)域與RTK磷酸化酪氨酸位點(diǎn)結(jié)合→Grb2的SH3結(jié)構(gòu)域又結(jié)合鳥嘌呤交換因子(GEF)，在哺乳動物又稱Sos→GEF作用下Ras結(jié)合GTP成活性狀態(tài)→招募Raf到質(zhì)膜→Raf、MEK1/2、ERK1/2、RSK(核糖體S6激酶)的級聯(lián)磷酸化→部分ERK、RSK移位入核，使某些轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。在某些情況下，Grb2不能與RTK直接結(jié)合，而是通過一種Shc的接合蛋白與RTK間接結(jié)合，形成RTK－Grb2－Sos (或RTK－Shc－Grb2－Sos)復(fù)合體，最終在Sos的作用下，Ras的GDP被置換成GTP，進(jìn)入活化狀態(tài)。而除RTK外，其他多種信號途徑可通過GEF激活Ras，Ras激活后又可激活多條信號傳導(dǎo)通路，形成復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)。Ras是目前所知最保守的一族癌基因產(chǎn)物，對細(xì)胞生長、增殖、發(fā)育、分化及癌腫起重要作用。有研究顯示Ras－Raf－ERK通路在子宮內(nèi)膜異位癥患者的原位內(nèi)膜中也成異?；罨?］。

(3)JAK－STAT途徑:JAK是一種胞質(zhì)中的酪氨酸蛋白激酶，它由7個JAK同源域組成，已發(fā)現(xiàn)JAK1，2，3和TYK2這4個成員。STAT是JAK的直接底物，此家族有7個成員，被JAK磷酸化后轉(zhuǎn)位入核，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。JAK－STAT途徑主要發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞因子受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，然而RTK也可介導(dǎo)此信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，具體如下:激活的RTK二聚體的磷酸化酪氨酸殘基與JAK或Src(一種接頭蛋白，有酪氨酸激酶活性)結(jié)合→JAK或Src被磷酸化→STAT的SH2結(jié)構(gòu)域與受體胞質(zhì)區(qū)已被磷酸化的酪氨酸殘基結(jié)合→STAT被磷酸化→磷酸化后的STAT與受體分離，形成活性的同源或異源二聚體→二聚化的STAT形成夾鉗結(jié)構(gòu)，SH2區(qū)C端的磷酸化酪氨酸相互作用形成夾鉗的鉸鏈→移位入核→識別并結(jié)合具回文結(jié)構(gòu)的DNA序列→啟動下游基因表達(dá)，靶基因有c－Myc、Fas、Bcl－XL等。

有報(bào)道PDGF可直接誘導(dǎo)STAT因子和下游基因的表達(dá)而無需Src激活。已知JAK－STAT通路可介導(dǎo)免疫細(xì)胞應(yīng)答，尤其是STAT5在調(diào)節(jié)肥大細(xì)胞的增生、穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要的作用，進(jìn)而影響過敏性疾病、哮喘的發(fā)生，因而進(jìn)一步的研究可為發(fā)展靶向治療提供理論基礎(chǔ)［8］。免疫組化研究證實(shí)JAK－STAT通路與PI3K通路存在交聯(lián)［9，10］。

2．RSTK(受體絲氨酸/蘇氨酸激酶):在后生動物中其配體僅限于轉(zhuǎn)化生長因子(TGF－β)。受體激活后作用于靶蛋白Smad，Smad結(jié)構(gòu)含DNA結(jié)合域MH1，功能區(qū)MH2及連接區(qū)，其中連接區(qū)可被ERK磷酸化，是Smad的負(fù)結(jié)合區(qū)。Smad分屬3類:①膜受體激活的Smad:含Smad1、2、3、5、8;②通用的Smad:Smad4，其C端無磷酸化位點(diǎn)，不與受體相互作用;③抑制因子:Smad6，7:C端缺乏磷酸化位點(diǎn)，可與受體結(jié)合，但不被磷酸化和被釋放，與受體結(jié)合后即阻止第一類Smad與受體結(jié)合。RSTK介導(dǎo)的信號通路在生物整體及各器官發(fā)育過程中起重要作用，并可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、黏附、移行及凋亡。經(jīng)典通路的具體過程如下:TGF－β受體與TGF－β結(jié)合→受體異二聚化→招募靶蛋白Smad并將其末端絲氨酸磷酸化(TGF－β或Activin招募Smad2/3;BMP招募Smad1/5/8)→誘導(dǎo)各自的Smad及通用型Smad——Smad4結(jié)合，形成異源二聚體→轉(zhuǎn)位入核→入核后Smad復(fù)合體與特異靶DNA結(jié)合蛋白相互作用，維持轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的特異性，調(diào)節(jié)特異性靶基因的活化;作為應(yīng)答，核內(nèi)的Smad6和Smad泛素化調(diào)節(jié)因子被輸出至胞質(zhì)，結(jié)合TGF－β受體并抑制TGF－β進(jìn)一步的信號效應(yīng)以及促進(jìn)TGF－β受體的降解［11］。此外，TGF－β還可通過非經(jīng)典通路發(fā)揮作用，如TGF－β受體與IL1R－TRAF6－TAK1相互作用，進(jìn)而激活JNK、P38等下游分子;TGF－β受體還可通過未知步驟聯(lián)系Cdc42/Rac1－PAK2、Rho－Rock1等信號分子，行使生物效應(yīng)。

生長抑制是TGF－β特有的性質(zhì)，抑制大多數(shù)細(xì)胞增殖，在臨床前及臨床試驗(yàn)中，以此通路為靶向的抑制劑在治療肺癌、乳腺癌、腎臟纖維化、腎癌、膠質(zhì)瘤等疾病中有效，而它所表現(xiàn)出來的功能取決于細(xì)胞類型［12～14］:邢建民等［15］發(fā)現(xiàn)，TGF－β1能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞有絲分裂及增殖，提高基質(zhì)中Ⅱ型膠原的含量，且抑制IL－1、IL－6、NO等多種炎性介質(zhì)的生物學(xué)活性，進(jìn)而抑制構(gòu)建的兔膝骨關(guān)節(jié)炎模型的軟骨細(xì)胞凋亡;Cacheaux等［16］研究報(bào)道，TGF－β信號通路的激活可引起癲癇活動;在心血管系統(tǒng)，TGF－β超家族可能通過刺激產(chǎn)生活性氧物質(zhì)、降低谷胱甘肽水平參與纖維化進(jìn)展，而另一方面又有報(bào)道提示其減少炎癥，增加斑塊穩(wěn)定性，減少脂質(zhì)沉積而發(fā)揮心血管保護(hù)作用，這些都說明其介導(dǎo)信號通路的多效性，需要進(jìn)一步研究探索。

3．GC－NPR(鳥苷酸環(huán)化酶－鈉尿激素肽受體):此類受體包含NPR－A，NPR－B，NPR－C 3種類型。NPR－A和NPR－B的胞質(zhì)域含激酶同源結(jié)構(gòu)域、二聚化結(jié)構(gòu)域、鳥苷酸環(huán)化酶結(jié)構(gòu)域，與配體結(jié)合后，受體的激酶同源域有位點(diǎn)被磷酸化，受體同源二聚化→結(jié)合配體，引發(fā)構(gòu)型變化，釋放對鳥苷酸環(huán)化酶結(jié)構(gòu)域的抑制→鳥苷酸環(huán)化酶二聚化，產(chǎn)生兩分子cGMP→cGMP作為第二信使發(fā)揮一系列效應(yīng)。早先認(rèn)為NPR－C乏胞質(zhì)域，不能向下傳遞信號，但目前認(rèn)為NPR－C是ANP、BNP、CNP的清除受體，并且可以通過Gi蛋白家族參與信號傳遞。

其配體為鈉尿肽(natriuretic peptides，NPs)，在脊椎動物中，NP有6種亞型:ANP、BNP、CNP、DNP、VNP及腎型鈉尿擴(kuò)張肽。主要參與維持血壓、血容量及水鹽平衡，近年研究發(fā)現(xiàn)其生理功能除涉及心血管系統(tǒng)外，還涉及泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、消化系統(tǒng)。ANP主要來源于心房，可以與NPR－A，NPR－C結(jié)合，是目前已知最強(qiáng)的利尿利鈉劑，近來研究認(rèn)為ANP對心肌、腎臟有抗氧化作用，此外，Toshio Nishikimi等認(rèn)為，ANP通過NPR－A/cGMP/PKG及NPR－C/Gi/cAMP兩條通路調(diào)節(jié)脂肪分解;BNP主要在心室中合成，與NPR－A結(jié)合，是公認(rèn)的診斷心力衰竭等疾病最重要的生化指標(biāo);CNP主要由中樞神經(jīng)系統(tǒng)和血管分泌，主要與NPR－B結(jié)合，作為一種神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用，研究表明它可擴(kuò)張血管、抑制平滑肌細(xì)胞增殖、抑制炎癥反應(yīng)、減少動脈硬化斑塊的形成、抑制心房機(jī)械活動，還有報(bào)道顯示與CNP結(jié)合的NPR類型隨著年齡增長發(fā)生轉(zhuǎn)變，由與NPR－B結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)榕cNPR－C結(jié)合。

NPs在生物學(xué)結(jié)構(gòu)上的差異及對受體親和力的不同是其不同生物學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)，在今后的研究中將從以下幾方面進(jìn)一步探索:NPs的生物學(xué)特點(diǎn)及其病理生理作用機(jī)制;加強(qiáng)對DNP、VNP及腎型鈉尿擴(kuò)張肽的深層次研究;利用NPs的生物學(xué)效應(yīng)，準(zhǔn)確定位鈉尿肽成員強(qiáng)勢作用的不同基因，利用基因克隆重組技術(shù)合成新型鈉尿肽，應(yīng)用于臨床治療。

4．RPTP(受體樣蛋白酪氨酸磷酸酶):RPTP胞內(nèi)大多含兩個串聯(lián)催化域，相對保守，其中半胱氨酸對磷酸酶活性是關(guān)鍵的，胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域多變，并根據(jù)胞外區(qū)可將RPTP分為8個亞家族。其在細(xì)胞黏附、調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架、細(xì)胞運(yùn)動、離子通道、免疫應(yīng)答、細(xì)胞生長、分化、胚胎發(fā)育等過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。RPTP作用是使磷酸化的酪氨酸殘基去磷酸化，與蛋白酪氨酸激酶一起，實(shí)現(xiàn)蛋白的磷酸化及去磷酸化修飾，共同調(diào)節(jié)蛋白活性。RPTP催化域的磷酸化狀態(tài)、活性位點(diǎn)半胱氨酸氧化狀態(tài)、受體二聚化狀態(tài)和配體誘導(dǎo)都可以調(diào)節(jié)RPTP的活性。RPTP種類較多，功能也很復(fù)雜，對所調(diào)控的信號途徑有抑制或增強(qiáng)作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)RPTP的作用并不僅僅是簡單的去磷酸化作用，還參與多種信號通路調(diào)節(jié)，在糖尿病、惡性腫瘤、免疫性疾病中均存在異常。

已有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多種RPTP的表達(dá)降低，都能夠增加小鼠對胰島素的敏感性，如在LAR－PTPs缺陷大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，空腹時大鼠體內(nèi)胰島素敏感性增高。但在血糖鉗的研究中則發(fā)現(xiàn)LAR－PTPs缺陷大鼠表現(xiàn)為胰島素抵抗，這表明LAR－PTPs在胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到可以正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)的作用，主要和LAR－PTPs是否分布在特異性組織上有關(guān)，具體的機(jī)制需要還進(jìn)一步的研究來闡明。大多數(shù)RPTP對細(xì)胞有抑制轉(zhuǎn)化，抑制腫瘤的能力，在多種腫瘤中存在突變或缺失，如編碼RPTPδ的PTPRD基因在肺腺癌、成神經(jīng)細(xì)胞瘤、胰腺癌、成多形性膠質(zhì)細(xì)胞瘤、皮膚鱗狀細(xì)胞癌中缺失，而少數(shù)有促進(jìn)轉(zhuǎn)化的能力，如RPTPα、RPTPε具有激活Src，使細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化的功能，RPTPα在晚期結(jié)腸癌、肺癌中過表達(dá)，RPTPε在乳腺癌中過表達(dá)。此外，新近研究表明，PTPRV可能通過成骨細(xì)胞中的胰島素信號通路實(shí)現(xiàn)調(diào)控骨鈣素(osteocalcin)的表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)體能量代謝的調(diào)控。RPTP的研究雖取得了很多進(jìn)展，但還有很多問題尚待進(jìn)一步研究，如RPTP的天然底物的鑒定、RPTP胞外結(jié)構(gòu)與功能、作為腫瘤藥物治療靶點(diǎn)的可行性及研制高選擇性PTP抑制劑等都將是未來研究的關(guān)注點(diǎn)。

二、MAPK級聯(lián)磷酸化系統(tǒng)

多種應(yīng)激源(如滲透壓、活性氧、病原產(chǎn)物、機(jī)械刺激等)的信號傳遞都利用了MAPK級聯(lián)磷酸化反應(yīng)，多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑都與MAPK途徑相互關(guān)聯(lián)、相互作用，上述多種受體的下游信號也可由MAPK磷酸化級聯(lián)系統(tǒng)介導(dǎo)，故下面總結(jié)一下此關(guān)鍵系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)研究。MAPK級聯(lián)磷酸化系統(tǒng)屬于蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶類，這個功能單位通常由3種激酶組成，它們建立了一系列的激酶級聯(lián)反應(yīng)，最終磷酸化大量蛋白質(zhì)，包括轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞骨架蛋白、激酶和其他酶類，參與細(xì)胞生長、發(fā)育及細(xì)胞間的功能同步等多種生理過程，并在細(xì)胞凋亡、惡性轉(zhuǎn)化、輻射應(yīng)答、代謝性疾病如肥胖、糖尿病等病理過程中發(fā)揮重要作用。在哺乳動物中幾乎所有生長因子和細(xì)胞因子都可以激活改路徑，并啟動早期基因的表達(dá)。MAPK超家族至少存在11個成員，分為5組:

(1)ERK(ERK1和ERK2):廣泛存在于各種組織細(xì)胞，參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期與分化調(diào)控。多種生長因子受體、營養(yǎng)相關(guān)因子受體等都需要ERK活化來完成信號傳導(dǎo)過程。

(2)C－JunN端激酶(JNK1，2，3)/應(yīng)激激活的蛋白激酶(SAPK):JNK家族是細(xì)胞對各種應(yīng)激原誘導(dǎo)的信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵分子，參與細(xì)胞對射線輻射、滲透壓、溫度變化等應(yīng)激反應(yīng)?；罨腏NK可使轉(zhuǎn)錄因子C－Jun的絲氨酸位點(diǎn)磷酸化，從而提高轉(zhuǎn)錄活性。JNK還能激活c－myc、p53，也與多個系統(tǒng)的促凋亡作用有關(guān)。一些細(xì)胞因子如TGF－β也可以通過JNK發(fā)揮作用。

(3)P38(P38α、β、γ、δ):其底物有磷脂酶A2，cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(CREB)，CHOP等。此家族主要參與紫外線輻射、炎癥細(xì)胞因子、凋亡相關(guān)受體(Fas)等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，還有研究證明其可以調(diào)節(jié)細(xì)胞微管功能。它在炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要作用使其成為抗炎藥物作用靶點(diǎn)，如有研究證實(shí)抑制P38可減輕心臟和大腦的缺血再灌注損傷，腹腔內(nèi)注入P38抑制劑可減輕胰腺炎誘發(fā)的ARDS肺損傷;應(yīng)用特異性P38抑制劑可以抑制子宮內(nèi)膜異位癥的進(jìn)展。

(4)ERK5/BMK1:ERK5的分子質(zhì)量高達(dá)90kDa，又被稱為大MAPK途徑。ERK5/BMK1可被多種促細(xì)胞增殖物質(zhì)和細(xì)胞應(yīng)激所調(diào)節(jié)。已發(fā)現(xiàn)ERK5的上游活化物被MEK5磷酸化激活，參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、血管生成等的調(diào)節(jié)。有研究表明MEK5和ERK5還可協(xié)同Raf效應(yīng)分子MEK1/2和ERK1/2促進(jìn)細(xì)胞集落的形成，轉(zhuǎn)錄因子NF－κB和p90核糖體S6激酶似乎參與了MEK5－ERK5依賴的細(xì)胞集落的形成，并且是ERK5和ERK1/2信號的匯合點(diǎn)。

(5)ERK8:由8號染色體q24．3上的基因編碼，是一種脯氨酸指向的蛋白激酶，可能是一種腫瘤抑制因子。Angela L．等研究發(fā)現(xiàn)了ERK8的兩大重要功能結(jié)構(gòu)域:位于激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)的PIP盒和位于C端、調(diào)節(jié)ERK8與染色質(zhì)結(jié)合的PXXXP模序。Mark K等發(fā)現(xiàn)Src可能作為ERK8的上游分子。ERK8對于細(xì)胞內(nèi)增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)的正常水平是必要的，ERK8通過抑制HDM2介導(dǎo)的增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)降解實(shí)現(xiàn)對基因組穩(wěn)定性的調(diào)控。MAPK家族總結(jié)如下圖所示［3］。

圖1 MAPK家族

MAPK被激活后由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，使一些轉(zhuǎn)錄因子、一些其他的酶發(fā)生磷酸化，參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡、應(yīng)激應(yīng)答等過程的調(diào)控，是多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同作用部位。MAPK級聯(lián)磷酸化系統(tǒng)的特異性可以在幾個水平上進(jìn)行調(diào)節(jié):①激酶－激酶及激酶－底物間相互作用的特異性;②由支架蛋白將一條級聯(lián)通路上的激酶集結(jié)在細(xì)胞的某一個區(qū)域;③由MAPK自身抑制各通路間的交談/信號輸出。MAPK級聯(lián)信號的衰減主要是通過蛋白磷酸酶將其去磷酸化來實(shí)現(xiàn)。

然而，上述信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并非孤立存在，它們在多水平上相互交織(cross－talk)，構(gòu)成極為復(fù)雜的細(xì)胞信號網(wǎng)絡(luò)(signal network)，MAPK在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中處于樞紐地位。外界刺激通過這種網(wǎng)絡(luò)的整合作用，能專一性的調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的精密調(diào)節(jié)。比如G蛋白偶聯(lián)受體也可以激活MAPK級聯(lián)系統(tǒng);ERKs也可以激活JNK，實(shí)現(xiàn)MAPK級聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)ERK/JNK的交聯(lián);Smad與Ras/MAPK途徑可相互關(guān)聯(lián);JAK－STAT途徑與Ras途徑間也存在相互關(guān)聯(lián)。

信號傳導(dǎo)系統(tǒng)不僅發(fā)揮生理學(xué)上的重要作用，在病理學(xué)方面也占據(jù)重要地位。信號通路過度激活或信號通路功能障礙均可導(dǎo)致疾病發(fā)生，如在腫瘤中常有促增殖信號過強(qiáng)，又有抑增殖信號過弱;多種病原體通過細(xì)胞表面的受體進(jìn)入組織細(xì)胞，并通過干擾細(xì)胞的信號系統(tǒng)而致病;機(jī)體對炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)失控，會導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征這樣的嚴(yán)重后果。目前信號傳導(dǎo)異常與疾病的關(guān)聯(lián)是生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。這方面的研究將極大推動對疾病機(jī)制的研究進(jìn)展。對這些疾病的發(fā)病機(jī)制的研究就是要找出信號通路中的異常點(diǎn)及失控點(diǎn)，以及與這些相關(guān)的信號傳導(dǎo)蛋白或其他信號分子，闡明這些蛋白質(zhì)的氨基酸順序，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)高效、低毒的靶向藥物和發(fā)展新療法，為疾病的診斷、預(yù)防、治療提供可靠依據(jù)，并最終徹底治療這些疾病。

1孫大業(yè)，崔素娟，孫穎．細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基礎(chǔ)篇［M］．4版．北京:科學(xué)出版社，2010:235－371

2Schlessinger J．Cell signaling by receptor tyrosine kinases［J］．Cell，2000，103(2):211－225

3黃文林，朱學(xué)峰．信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，2005:305

4Mark A，Lemmon I，Joseph S．Cell signaling by receptor tyrosine kinases［J］．Cell，2010，141(7):1117－1131

5Engelman JA．Targeting PI3K signalling in cancer:opportunities，challenges and limitations［J］．Nat Rev Cancer，2009，9(8):550－562

6Kaei N，Masakazu N，Yukie K，et al．Aberrant expression of apoptosis－related molecules in endometriosis:a possible mechanism underlying the pathogenesis of endometriosis［J］．Reprod Sci，2011，18 (3):206－218

7Yotova IY，Quan P，Leditznig N，et al．Abnormal activation of Ras/ Raf/MAPK and RhoA/ROCKII signalling pathways in eutopic endometrial stromal cells of patients with endometriosis［J］．Hum Reprod，2011，26(4):885－897

8Morales JK，F(xiàn)alanga YT，Depcrynski A，et al．Mast cell homeostasis and the JAK－STAT pathway［J］．Genes Immun，2010，11(8):599－608

9Harir N，Boudot C，F(xiàn)riedbichler K，et al．Oncogenic Kit controls neoplastic mast cell growth through a Stat5/PI3－kinase signaling．cascade［J］．Blood，2008，112(6):2463－2473

10Pedersen M，Ronnstrand L，Sun J．The c－Kit/D816V mutation eliminates the differences in signal transduction and biological responses between two isoforms of c－Kit［J］．Cell Signal，2009，21(3):413－418

11陸文斌，沈成興．轉(zhuǎn)化生長因子β在心血管疾病中的研究進(jìn)展［J］．中國心血管雜志，2011，16(2):155－158

12Massague J．TGF－β in cancer［J］．Cell，2008，134(2):215－230

13Caron PL，F(xiàn)rechette－Frigon G，Shooner C，et al．Transforming growth factor beta isoforms regulation of Akt activity and XIAP levels in rat endometrium during estrous cycle，in a model of pseudopregnancy and in cultured decidual cells［J］．Reprod Biol Endocrinol，2009，80(7):1－13

14Memon MA，Anway MD，Covert TR，et al．Transforming growth factor beta(TGFbetal，TGFbeta2 and TGFbeta3)null－mutant phenotypes in embryonic gonadal development［J］．Mol Cell Endocrinol，2008，294(1/2):70－80

15邢建民，李璐，郭亮．轉(zhuǎn)化生長因子－β1對兔膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞凋亡的抑制作用［J］．中國藥物與臨床，2010，10(1):57－58

16Cacheaux LP，Ivens S，David Y，et al．Transcriptome profiling reveals TGF－beta signaling involvement in epileptogenesis［J］．J Neurosci，2009，29(28):8927－8935

(收稿:2011－12－15)

(修回:2012－01－05)

300192天津市第一中心醫(yī)院婦產(chǎn)科

張鈴，電子信箱:forevercinyang@163．com