Shc的研究進(jìn)展

夏洪娟(綜述)，魏 盟(審校)

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，上海 200233)

原癌基因Shc存在于幾乎所有的多細(xì)胞生物體，從低級(jí)的線蟲到最高級(jí)人類都有這一基因的表達(dá)。以往發(fā)現(xiàn)Shc家族有3個(gè)成員，即ShcA、ShcB和ShcC(又稱為N-Shc)。ShcA是其中最早發(fā)現(xiàn)的Shc蛋白分子。2007年又發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新成員： Jones等[1]在骨骼肌的神經(jīng)肌肉接頭處發(fā)現(xiàn)了一種新的Shc蛋白，稱為ShcD；Fagiani等[2]發(fā)現(xiàn)了一種可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的生長(zhǎng)和細(xì)胞轉(zhuǎn)移的Shc蛋白,并命名為RaLP。

1 Shc蛋白家族概況

ShcA有3種亞型，相對(duì)分子質(zhì)量分別為66×103，52×103和46×103[3]。ShcA基因編碼兩種mRNA：p66Shc mRNA和p46/p52 Shc mRNA。因?yàn)榉g啟始位點(diǎn)不同，p46/p52 Shc mRNA可翻譯出p46 Shc和p52 Shc兩種蛋白[4]。ShcB和ShcD都有一種亞型，相對(duì)分子質(zhì)量分別為68×103和75×103。ShcC以兩種亞型出現(xiàn)，相對(duì)分子質(zhì)量分別為64×103和52×103。

Shc家族蛋白在結(jié)構(gòu)上都具有特有的高度保守結(jié)構(gòu)域，即PTB-CH1-SH2：N端磷酸化酪氨酸結(jié)合區(qū)(phosphotyrosinebinding，PTB)、中央脯氨酸富集區(qū)1(calponinhomology 1，CHl)和C端Src同源區(qū)2(srchomology 2，SH2)[1]。此外，還有一個(gè)特殊的N端脯氨酸富集區(qū)(calponinhomology 2，CH2)。CH2區(qū)含有3個(gè)核心序列：Ser36-Pro37，Cys59，CB[cytc(cytochromec)-binding][5]。CH2區(qū)域在p66ShcA參與氧化應(yīng)激及凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2 Shc的分子作用機(jī)制

2.1酪氨酸激酶的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本方式是蛋白磷酸化，磷酸化過(guò)程是在胞內(nèi)多種蛋白激酶的催化作用下進(jìn)行的，其中一類比較重要的蛋白激酶是酪氨酸蛋白激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)。胞外生長(zhǎng)因子與RTK的胞外部分結(jié)合后使受體構(gòu)象發(fā)生改變，RTK活性增強(qiáng)，其自身的酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域發(fā)生磷酸化[6]。酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化后形成新的磷酸化位點(diǎn)，該位點(diǎn)可以與含有SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白特異性結(jié)合[7]。Shc與生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)都是一種支架蛋白，ShcA通過(guò)SH2或PTB與RTK胞內(nèi)段的磷酸酪氨酸位點(diǎn)相結(jié)合,導(dǎo)致Shc輸出區(qū)CH1的酪氨酸磷酸化，進(jìn)而招募Grb2的Src同源結(jié)構(gòu)區(qū)(Src homology 3，SH3)，激發(fā)Ras/絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[8]。

2.2Ras-Raf-MAPK信號(hào)通路 胞外信號(hào)誘導(dǎo)RTK二聚化及自身磷酸化，進(jìn)而招募Grb2的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合到磷酸化的RTK后，Grb2的另一個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域即可結(jié)合SOS(son of sevenless)。SOS是一種Ras特異的鳥核苷酸交換因子，Ras是一種鳥核苷酸結(jié)合蛋白，具有內(nèi)源性GTP酶活性。SOS蛋白招募Ras蛋白，SOS蛋白通過(guò)促進(jìn)Ras蛋白進(jìn)行GDP與GTP的交換來(lái)激活或失活Ras：在SOS的作用下，Ras的GDP被游離的GTP替代，激活Ras；在內(nèi)源性GTP酶的作用下，Ras-GTP被水解成Ras-GDP，Ras失活[9]。Ras活化后進(jìn)一步激活MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)，MAPK激活后可以入核，進(jìn)而激活多種核轉(zhuǎn)錄因子和激酶，最終影響基因轉(zhuǎn)錄、調(diào)節(jié)以及細(xì)胞功能；而Ras失活抑制下游信號(hào)通路激活，從而抑制核轉(zhuǎn)錄因子激活[10]。

2.3磷脂酰肌醇3-激酶/蘇氨酸激酶信號(hào)通路 ShcC主要參與磷脂酰肌醇3-激酶/蘇氨酸激酶(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信號(hào)通路，PI3K有p85和p110兩個(gè)亞基。相應(yīng)配體結(jié)合Ret(膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體),引起Ret磷酸化并招募ShcC。在磷酸化Ret作用下，ShcC也被磷酸化。磷酸化的ShcC結(jié)合銜接蛋白Gab1，間接結(jié)合PI3K的p85亞基。PI3K被激活，進(jìn)而激活A(yù)kt及下游信號(hào)通路，抑制凋亡[3]。

2.4胞質(zhì)激酶信號(hào)通路 p52 ShcA結(jié)合到磷酸化RTK后，也可以結(jié)合并激活Src。同時(shí)，激活的Src又可以促進(jìn)Shc磷酸化，這樣信號(hào)被不斷擴(kuò)大。Src激活下游信號(hào)通路，并發(fā)揮相應(yīng)的生物功能[3]。

2.5非受體依賴型通路 整合素是一種非受體依賴型受體,有α、β兩個(gè)亞基。一旦β亞基接觸到細(xì)胞外基質(zhì)，就會(huì)被Src家族激酶磷酸化,誘導(dǎo)Shc與其結(jié)合，激活下游信號(hào)通路；α亞基與支架蛋白微囊蛋白1作用，招募Src家族中的Fyn,Fyn磷酸化Shc，Shc結(jié)合Grb2，進(jìn)而激活下游的Ras-Raf-MAPK；細(xì)胞骨架不完整時(shí)，黏著斑接觸細(xì)胞外基質(zhì),p66 ShcA感知這種機(jī)械張力并啟動(dòng)凋亡[11]。

3 Shc參與氧化應(yīng)激與衰老

在氧化應(yīng)激的情況下，蛋白激酶C催化p66 ShcA的Ser36位點(diǎn)磷酸化，在Pin1介導(dǎo)的異構(gòu)化作用下，促進(jìn)p66 ShcA向線粒體移位。在線粒體內(nèi)膜間隙，p66 ShcA氧化細(xì)胞色素C還原O2為H2O2,增加細(xì)胞的滲透壓，促進(jìn)凋亡。同時(shí)p66 ShcA又可以激活叉頭轉(zhuǎn)錄因子FoxO，引起細(xì)胞凋亡與衰老[12]。

實(shí)驗(yàn)證明，p66 Shc-/-小鼠可以保護(hù)心腦血管、腎臟免受高血脂、高糖、氧化應(yīng)激、缺血/再灌注等的損害[13]。p66 Shc-/-小鼠壽命比對(duì)照組延長(zhǎng)30%[14]。

4 Shc的生理功能

4.1心血管系統(tǒng) ShcA在成人廣泛地表達(dá)。ShcA對(duì)小鼠早期心血管形態(tài)發(fā)生至關(guān)重要，且剔除后胚胎死亡。但只有PTB剔除具有這種致死性，CH1、SH2剔除則會(huì)導(dǎo)致肌束和單突觸發(fā)育異常[15]?；|(zhì)金屬蛋白酶是降解細(xì)胞外基質(zhì)成分最重要的蛋白水解系統(tǒng)[16]。產(chǎn)后心肌ShcA特異性剔除會(huì)引起細(xì)胞外基質(zhì)的改變，基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)顯著增加，導(dǎo)致單個(gè)細(xì)胞的收縮力增強(qiáng)，但心臟收縮功能降低。這種收縮力的不協(xié)調(diào)最終會(huì)誘發(fā)擴(kuò)張型心肌病[17]。有研究測(cè)量證明單個(gè)肌細(xì)胞收縮力增強(qiáng)是由于ShcA剔除增強(qiáng)了肌絲的鈣敏感性。通常肌鈣蛋白色氨酸23/24的磷酸化下調(diào)，增加鈣敏感性，調(diào)節(jié)收縮力，但ShcA是通過(guò)影響蛋白激酶C/MAPK和PI3K/AKT途徑增加鈣敏感性的[18]。單獨(dú)剔除ShcA的PTB區(qū)也會(huì)引起擴(kuò)張型心肌病，而破壞SH2不會(huì)引起嚴(yán)重的心臟表型。因此，ShcA的PTB區(qū)參與抑制心臟擴(kuò)張，而與SH2區(qū)無(wú)關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn)，p66 ShcA基因剔除可抵抗血管緊張素Ⅱ引起的心臟重構(gòu)及心肌細(xì)胞內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[3]。

4.2神經(jīng)系統(tǒng) ShcA主要在外周神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，ShcC則在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，ShcC又稱為N-Shc。在胚胎發(fā)育早期ShcA的表達(dá)較高，但隨著發(fā)育其表達(dá)逐漸下降[19-20]。ShcC在胚胎形成期并不表達(dá)，但在出生前表達(dá)急劇升高。在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中，早期以ShcA為主調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞/祖細(xì)胞的增殖，p66 ShcA上調(diào)誘導(dǎo)神經(jīng)從胚胎干細(xì)胞中分化。之后，ShcC的CH2區(qū)域參與維持神經(jīng)元的存活，促進(jìn)神經(jīng)元分化成熟[21]。ShcB和(或)ShcC剔除小鼠頸上神經(jīng)節(jié)的交感神經(jīng)元減少，脊髓背根的感知神經(jīng)元減少，但是感知正常，且都可以成活，故ShcC在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。最近,研究發(fā)現(xiàn)在有絲分裂后的胚胎神經(jīng)元表達(dá)ShcD，并且ShcD可以與多種神經(jīng)元的RTK結(jié)合，如原肌球蛋白相關(guān)激酶B和骨骼肌特異性受體酪氨酸激酶，但ShcD在這一新領(lǐng)域仍需進(jìn)一步研究[22]。

4.3促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子生成和腫瘤的早期形成 只有在原有的脈管系統(tǒng)生成新的血管，為腫瘤提供足夠的氧和營(yíng)養(yǎng)，腫瘤才會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是最重要的促血管新生因子，腫瘤周圍的基質(zhì)和浸潤(rùn)的血液細(xì)胞促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子分泌，癌細(xì)胞自身也可以分泌[23]。Shc可以招募RTK癌基因蛋白，增加血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)水平[24]。表達(dá)Shc RTK癌基因蛋白的纖維母細(xì)胞可分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，并促進(jìn)血管生成，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤的形成。最近還發(fā)現(xiàn)N-Shc在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起重要作用，尤其是成神經(jīng)細(xì)胞瘤和甲狀腺癌[25]。

4.4介導(dǎo)高血糖導(dǎo)致的內(nèi)皮祖細(xì)胞凋亡 高濃度葡萄糖誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞凋亡，此時(shí)內(nèi)皮祖細(xì)胞內(nèi)的p66 ShcA蛋白表達(dá)升高。p66 ShcA剔除使細(xì)胞合成一氧化氮升高，一氧化氮可以保護(hù)內(nèi)皮祖細(xì)胞免受高糖破壞。但這一現(xiàn)象具有組織特異性，在心臟祖細(xì)胞會(huì)發(fā)生而在其他組織細(xì)胞中則不一定發(fā)生。隨著進(jìn)一步研究，p66 ShcA可能會(huì)成為治療糖尿病血管并發(fā)癥的新靶點(diǎn)[26]。

5 結(jié) 語(yǔ)

在過(guò)去的20年里，對(duì)Shc銜接蛋白亞型、結(jié)構(gòu)、分子機(jī)制、致癌等生理功能的研究取得了重大進(jìn)展。但仍有許多問(wèn)題尚待解決：①對(duì)新發(fā)現(xiàn)的ShcD、RaLP還知之甚少,尤其是RaLP，對(duì)其認(rèn)識(shí)幾乎為零。②Shc家族有四大亞型，具有幾乎一樣的結(jié)構(gòu)域，且可以與某些共同的蛋白結(jié)合激活，但它們卻能實(shí)現(xiàn)不同的生物功能并維持細(xì)胞內(nèi)信號(hào)穩(wěn)態(tài)，其中的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。目前，p66 ShcA是氧化應(yīng)激衰老與心血管病共同的最后通路蛋白，現(xiàn)已用作藥物作用靶點(diǎn)。隨著研究進(jìn)一步深入，p66 ShcA可望開啟人類衰老問(wèn)題研究的新篇章。ShcC是一種神經(jīng)應(yīng)激反應(yīng)蛋白,研究發(fā)現(xiàn)酪氨酸磷酸化的ShcC可以影響神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)淀粉樣前蛋白的形成過(guò)程，降低β粉樣蛋白的水平，這可能為治療阿爾茨海默病提供新的途徑。

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