1、1234細胞應答與信號級聯放大細胞應答與信號級聯放大567指細胞間進行信息傳遞的相關載體與形指細胞間進行信息傳遞的相關載體與形式，是信號分子與細胞膜上的或膜內的受體結合式，是信號分子與細胞膜上的或膜內的受體結合的反應。的反應。89可溶型信號分子可根據其溶解特性分為脂溶性化學信號和水溶性化學信號1011神經分神經分泌泌內分泌內分泌自分泌及旁分泌自分泌及旁分泌化學信號的名化學信號的名稱稱神經遞神經遞質質激素激素細胞因子細胞因子作用距離作用距離nmmmm受體位置受體位置膜受體膜受體膜或胞內受體膜或胞內受體膜受體膜受體舉例舉例乙酰膽乙酰膽堿堿谷氨酸谷氨酸胰島素胰島素生長激素生長激素表皮生長因子表皮生長

2、因子神經生長因子神經生長因子12 屬于這一類通訊的有：相鄰細胞間黏附因子的相互作用、屬于這一類通訊的有：相鄰細胞間黏附因子的相互作用、T淋巴細胞與淋巴細胞與B淋巴細胞表面分子的相互作用等。淋巴細胞表面分子的相互作用等。1314受體類型受體類型15細胞內受體細胞內受體：細胞表面受體細胞表面受體：1617離子通道偶聯受體（離子通道偶聯受體（ion channel-coupled receptor） G 蛋白偶聯受體（蛋白偶聯受體（G-protein-coupled receptor， GPCR） 酶聯受體（酶聯受體（enzyme-linked receptors）18 Molecular Biol

3、ogy of the Cell ( Garland Science 2008)192021 第二信使都是小的分子或離子。細胞內幾種最重第二信使都是小的分子或離子。細胞內幾種最重要的第二信使要的第二信使: :環腺苷酸（環腺苷酸（cAMP）、環鳥苷酸）、環鳥苷酸（cGMP）、）、1,2-二酰甘油二酰甘油(DAG)、1,4,5- -三磷酸三磷酸肌醇肌醇(IP3)、磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3,4,5-3,4,5-三磷酸三磷酸（PIP3）、Ca2+ 等。等。2223Earl Wilbur Sutherland Jr （1915 - 1974）薩瑟蘭（薩瑟蘭（Earl W. Sutherland, Jr）

4、1915 197424252627o 細胞內重要的蛋白絲細胞內重要的蛋白絲/蘇氨酸激酶包括蘇氨酸激酶包括 受環核苷酸調控的受環核苷酸調控的PKA和和PKG 受受DAG/Ca2+調控的調控的PKC 受受Ca2+/CaM調控的調控的Ca2+/CaM-PK 受受PIP3調控的調控的PKB 受絲裂原激活的蛋白激酶（受絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase, MAPK）。）。 28o信號轉導通路中有許多信號轉導分子是沒有酶活信號轉導通路中有許多信號轉導分子是沒有酶活性的蛋白質，它們通過分子間的相互作用被激活、性的蛋白質，它們通過分子間的相互作用被激活、或激

5、活下游分子。或激活下游分子。o這些信號轉導分子主要包括這些信號轉導分子主要包括、和和。 29G蛋白的蛋白的GTP/GDP結合狀態決定信號的傳遞，結合狀態決定信號的傳遞，結結合合GTP時處于活化形式，能夠與下游分子結合，時處于活化形式，能夠與下游分子結合，并通過別構效應而激活下游分子。并通過別構效應而激活下游分子。G蛋白自身均具蛋白自身均具有有GTP酶活性，可將結合的酶活性，可將結合的GTP水解為水解為GDP，回，回到非活化狀態，停止激活下游分子。到非活化狀態，停止激活下游分子。 （guanine nucleotide binding protein，G protein）簡稱）簡稱，亦稱，亦稱G

6、TP結合蛋白。結合蛋白。 30 31323334 3536（ion channel-coupled receptor） G （G-protein-coupled receptor，GPCR） 酶聯受體酶聯受體（enzyme-linked receptors）37特性特性離子通離子通道受體道受體G-蛋白偶聯受體蛋白偶聯受體酶偶聯受體酶偶聯受體配體配體神經遞質神經遞質神經遞質、激素、趨化神經遞質、激素、趨化因子、外源刺激（味，因子、外源刺激（味，光）光）生長因子生長因子細胞因子細胞因子結構結構寡聚體形成寡聚體形成的孔道的孔道單體單體具有或不具有催化活具有或不具有催化活性的單體性的單體跨膜區跨膜區段

7、數目段數目4個個7個個1個個功能功能離子通道離子通道激活激活G蛋白蛋白激活蛋白酪氨酸激酶激活蛋白酪氨酸激酶細胞細胞應答應答去極化與超去極化與超極化極化去極化與超極化調節蛋去極化與超極化調節蛋白質功能和表達水平白質功能和表達水平調節蛋白質的功能和調節蛋白質的功能和表達水平，調節細胞表達水平，調節細胞分化和增殖分化和增殖38是一類自身為離子通道的受體，是一類自身為離子通道的受體，它們的開放或關閉直接受化學配體的控制，被稱它們的開放或關閉直接受化學配體的控制，被稱為配體為配體-門控受體通道門控受體通道（ligand-gated receptor channel）。o 配體主要為配體主要為。39 Ac

8、hM型型Ach受體受體Gi蛋白（蛋白（GiG） G K+通道通道 K+外流外流超極化超極化減緩心肌細胞的收縮頻率減緩心肌細胞的收縮頻率4041 4243第二信使第二信使4445活化的活化的G蛋白的蛋白的亞基主要作用于生成或水解細胞亞基主要作用于生成或水解細胞內第二信使的酶，如內第二信使的酶，如AC、PLC等效應分子等效應分子（effector），改變它們的活性，從而改變細胞內），改變它們的活性，從而改變細胞內第二信使的濃度。第二信使的濃度。 o 可以激活可以激活AC的的G蛋白的蛋白的 亞基稱為亞基稱為 s（s 代表代表stimulate）；反之，稱為）；反之，稱為 i（i代表代表inhibit

9、）。）。 不同不同G蛋白偶聯受體可通過不同通路傳遞信號蛋白偶聯受體可通過不同通路傳遞信號4647(1) cAMP-PKA通路通路 該通路以靶細胞內該通路以靶細胞內cAMP濃度改變和濃度改變和PKA激活為主激活為主要特征。要特征。 胰高血糖素、腎上腺素、促腎上腺皮質激素等胰高血糖素、腎上腺素、促腎上腺皮質激素等可激活此通路。可激活此通路。PKA活化后，可使多種蛋白質底物的絲活化后，可使多種蛋白質底物的絲/蘇氨酸殘蘇氨酸殘基發生磷酸化，改變其活性狀態，底物分子包括基發生磷酸化，改變其活性狀態，底物分子包括一些糖代謝和脂代謝相關的酶類、離子通道和某一些糖代謝和脂代謝相關的酶類、離子通道和某些轉錄因子

10、。些轉錄因子。 48(1) cAMP-PKA通路通路 49 底物底物(酶或蛋白質酶或蛋白質)名稱名稱受調節的通路受調節的通路糖原合酶糖原合酶糖原合成糖原合成磷酸化酶磷酸化酶 b 激酶激酶糖原分解糖原分解丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶A激素敏感脂酶激素敏感脂酶甘油三脂分解和脂肪酸氧化甘油三脂分解和脂肪酸氧化酪氨酸羥化酶酪氨酸羥化酶多巴胺、腎上腺素和去甲腎上多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素合成腺素合成組蛋白組蛋白H1 、組蛋白、組蛋白 H2BDNA聚集聚集蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶1抑制因子抑制因子1蛋白去磷酸化蛋白去磷酸化轉錄因子轉錄因子CREB轉錄調控轉錄調控50 PKA的催化亞

11、基進入胞核后催化的催化亞基進入胞核后催化cAMP應答元件結合蛋白應答元件結合蛋白( (CREB) )中中特定的絲特定的絲/ /蘇氨酸殘基磷酸化蘇氨酸殘基磷酸化。磷磷酸化的酸化的CREB形成二聚體形成二聚體, ,與與DNA上的上的CRE結合結合，從而激活受從而激活受CRECRE調調控的基因轉錄。控的基因轉錄。51 PKA亦可通過磷酸化作用激活離子通道，亦可通過磷酸化作用激活離子通道，調節細胞膜電位。調節細胞膜電位。 52（2）IP3/DAG-PKC通路通路促甲狀腺素釋放激素、去甲腎上腺素、抗利尿素與受體結促甲狀腺素釋放激素、去甲腎上腺素、抗利尿素與受體結合后所激活的合后所激活的G蛋白可激活蛋白可

12、激活PLC。o PLC水解膜組分水解膜組分PIP2，生成，生成DAG和和IP3。o IP3促進細胞鈣庫內的促進細胞鈣庫內的Ca2+迅速釋放，使細胞質內的迅速釋放，使細胞質內的Ca2+濃度升高。濃度升高。o Ca2+與細胞質內的與細胞質內的PKC結合并聚集至質膜。質膜上的結合并聚集至質膜。質膜上的DAG、磷脂酰絲氨酸與、磷脂酰絲氨酸與Ca2+共同作用于共同作用于PKC的調節結構的調節結構域，使域，使PKC變構而暴露出活性中心。受變構而暴露出活性中心。受PKC磷酸化修飾磷酸化修飾的蛋白包括一些質膜受體、膜蛋白及多種酶的蛋白包括一些質膜受體、膜蛋白及多種酶 ，因此，因此PKC可參與多種生理功能的調節

13、。可參與多種生理功能的調節。53激素54PKC能使立早基因的轉錄調控因子磷酸化，加速能使立早基因的轉錄調控因子磷酸化，加速立早基因立早基因的表達。立早的表達。立早基因多數為細胞原癌基因（如基因多數為細胞原癌基因（如c-fos），其表達產物經磷酸化修飾后進一），其表達產物經磷酸化修飾后進一步活化步活化晚期反應基因晚期反應基因并促進細胞增殖。并促進細胞增殖。55（3）Ca2+/CaM依賴的蛋白激酶通路依賴的蛋白激酶通路G蛋白偶聯受體至少可通過三種方式引起細胞內蛋白偶聯受體至少可通過三種方式引起細胞內Ca2+濃度升高：濃度升高：n 某些某些G蛋白可以直接激活細胞質膜上的鈣通道蛋白可以直接激活細胞質膜

14、上的鈣通道;n 通過通過PKA激活細胞質膜的鈣通道，促進激活細胞質膜的鈣通道，促進Ca2+流入細流入細胞質；胞質；n 通過通過IP3促使細胞質鈣庫釋放促使細胞質鈣庫釋放Ca2+。 56Ca2+/CaM復合物的下游信號轉導分子是一些蛋白激酶，它復合物的下游信號轉導分子是一些蛋白激酶，它們的共同特點是可被們的共同特點是可被Ca2+/CaM復合物激活，因而統稱為鈣復合物激活，因而統稱為鈣調蛋白依賴性蛋白激酶。調蛋白依賴性蛋白激酶。鈣調蛋白依賴性激酶屬于蛋白絲鈣調蛋白依賴性激酶屬于蛋白絲/蘇氨酸激酶，如肌球蛋白蘇氨酸激酶，如肌球蛋白輕鏈激酶輕鏈激酶 （MLCK）、磷酸化酶激酶（）、磷酸化酶激酶（PhK

15、）、鈣調蛋白）、鈣調蛋白依賴性激酶（依賴性激酶（Cal-PK）、等。這些激酶可激活各種等。這些激酶可激活各種效應蛋白，可在收縮和運動、物質代謝、神經遞質的合成、效應蛋白，可在收縮和運動、物質代謝、神經遞質的合成、細胞分泌和分裂等多種生理過程中起作用。細胞分泌和分裂等多種生理過程中起作用。 57激素58酶偶聯受體指那些自身具有酶活性，或者自身沒有酶偶聯受體指那些自身具有酶活性，或者自身沒有酶活性，但與酶分子結合存在的一類受體。酶活性，但與酶分子結合存在的一類受體。 o 這些受體大多為只有這些受體大多為只有1個跨膜區段的糖蛋白，亦個跨膜區段的糖蛋白，亦稱為單跨膜受體。稱為單跨膜受體。o 酶偶聯受體

16、主要是生長因子和細胞因子的受體。酶偶聯受體主要是生長因子和細胞因子的受體。此類受體介導的信號轉導主要是調節蛋白質的功此類受體介導的信號轉導主要是調節蛋白質的功能和表達水平、調節細胞增殖和分化。能和表達水平、調節細胞增殖和分化。 59英文名英文名中文名中文名舉例舉例receptors tyrosine kinase (RTKs)受體型蛋白酪氨酸激酶受體型蛋白酪氨酸激酶表皮生長因子受體、表皮生長因子受體、胰島素受體等胰島素受體等tyrosine kinase-coupled receptors (TKCRs)蛋白酪氨酸激酶偶聯受蛋白酪氨酸激酶偶聯受體體干擾素受體、白細干擾素受體、白細胞介素受體、胞

17、介素受體、T細細胞抗原受體等胞抗原受體等receptors tyrosine phosphatase (RTPs)受體型蛋白酪氨酸磷酸受體型蛋白酪氨酸磷酸酶酶CD45receptors serine/threonine kinase (RSTK)受體型蛋白絲受體型蛋白絲/蘇氨酸激蘇氨酸激酶酶轉化生長因子轉化生長因子受受體、骨形成蛋白受體、骨形成蛋白受體等體等receptors guanylate cyclase (RGCs)受體型鳥苷酸環化酶受體型鳥苷酸環化酶心鈉素受體等心鈉素受體等60 胞外信號分子與受體結合，導致第一個蛋白激酶被激活。胞外信號分子與受體結合，導致第一個蛋白激酶被激活。“偶聯

18、偶聯”有兩種形式，有的受體自身具有蛋白激酶活性，有兩種形式，有的受體自身具有蛋白激酶活性，此步驟是激活受體胞內結構域的蛋白激酶活性；有些受體此步驟是激活受體胞內結構域的蛋白激酶活性；有些受體自身沒有蛋白激酶活性，此步驟是受體通過蛋白質自身沒有蛋白激酶活性，此步驟是受體通過蛋白質-蛋白質蛋白質相互作用激活某種蛋白激酶；相互作用激活某種蛋白激酶； 通過蛋白質通過蛋白質-蛋白質相互作用或蛋白激酶的磷酸化修飾作蛋白質相互作用或蛋白激酶的磷酸化修飾作用激活下游信號轉導分子，從而傳遞信號，最終仍是激活用激活下游信號轉導分子，從而傳遞信號，最終仍是激活一些特定的蛋白激酶；一些特定的蛋白激酶； 蛋白激酶通過磷

19、酸化修飾激活代謝途徑中的關鍵酶、轉蛋白激酶通過磷酸化修飾激活代謝途徑中的關鍵酶、轉錄調控因子等，影響代謝通路、基因表達、細胞運動、細錄調控因子等，影響代謝通路、基因表達、細胞運動、細胞增殖等。胞增殖等。 61MAPK通路通路JAK-STAT通路通路Smad通路通路PI3K通路通路NF- B通路通路 MAPK通路通路62以絲裂原激活的蛋白激酶（以絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）為代表的信）為代表的信號轉導通路稱為號轉導通路稱為MAPK通路，其主要特點是具有通路，其主要特點是具有MAPK級聯反應。級聯反應。o MAPK至少有至少有12種，分屬于種，分屬于ERK家族、家族、p38 MAPK家族、家族

20、、JNK家族。家族。 63 64許多細胞因子受體自身沒有激酶結構域，與細胞許多細胞因子受體自身沒有激酶結構域，與細胞因子結合后，受體通過蛋白酪氨酸激酶因子結合后，受體通過蛋白酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）的作用使受體自身和胞內底物磷）的作用使受體自身和胞內底物磷酸化。酸化。o JAK的底物是信號轉導子和轉錄活化子（的底物是信號轉導子和轉錄活化子（signal transducer and activator of transcription，STAT），二者所構成的），二者所構成的JAK-STAT通路是細胞通路是細胞因子信息內傳最重要的信號轉導通路。因子信息內傳最重要的信號轉導通

21、路。 65o JAK為非受體型蛋白酪氨酸激酶，與細胞因子受為非受體型蛋白酪氨酸激酶，與細胞因子受體結合存在。體結合存在。o 細胞因子通過受體將細胞因子通過受體將JAK激活，活化后的激活，活化后的JAK使使STAT磷酸化。磷酸化。o STAT既是信號轉導分子，又是轉錄因子。磷酸既是信號轉導分子，又是轉錄因子。磷酸化的化的STAT分子形成二聚體，遷移進入胞核，調分子形成二聚體，遷移進入胞核，調控相關基因的表達，改變靶細胞的增殖與分化。控相關基因的表達，改變靶細胞的增殖與分化。細胞內有數種細胞內有數種JAK和數種和數種STAT的亞型存在，不同的受體可與的亞型存在，不同的受體可與不同的不同的JAK和和

22、STAT組成信號通路，分別轉導不同細胞因子的組成信號通路，分別轉導不同細胞因子的信號。信號。66o 干擾素（干擾素（IFN-）是通過）是通過JAK1/JAK2-STAT1通路傳遞信通路傳遞信號：號： IFN-結合受體并誘導受體聚合和激活；結合受體并誘導受體聚合和激活； 受體將受體將JAK1/JAK2激活，激活，JAK1和和JAK2為相鄰蛋白，為相鄰蛋白，從而相互磷酸化，并將受體磷酸化；從而相互磷酸化，并將受體磷酸化； JAK將將STAT1磷酸化，使其產生磷酸化，使其產生SH2結合位點，磷酸結合位點，磷酸化的化的STAT分子彼此間通過分子彼此間通過SH2結合位點和結合位點和SH2結構域結構域結合

23、而二聚化，并從受體復合物中解離；結合而二聚化，并從受體復合物中解離； 磷酸化的磷酸化的STAT同源二聚體轉移到核內，調控基因的轉同源二聚體轉移到核內，調控基因的轉錄。錄。 67JAK-STAT信號轉導通路信號轉導通路68o 轉化生長因子轉化生長因子（TGF-）受體可激活多條信號通路，）受體可激活多條信號通路，其中以其中以Smad為信號轉導分子的通路稱為為信號轉導分子的通路稱為Smad通路。通路。o 與與STAT分子一樣，分子一樣，Smad分子既是信號轉導分子，又是分子既是信號轉導分子，又是轉錄因子。轉錄因子。o TGF-受體主要有受體主要有型和型和型，激活后都具有絲型，激活后都具有絲/蘇氨酸蘇氨酸蛋白激酶活性。蛋白激酶活性。TGF-同時結合同時結合2個個型受體和型受體和2個個型型受體，形成異四聚體，受體，形成異四聚體，型受體被激活，其激酶活性將型受體被激活，其激酶活性將型受體磷酸化并活化；型受體磷酸化并活化；型受體將型受體將Smad2和和Smad3磷磷酸化；磷酸化的酸化；磷酸化的Smad2和和Smad3與與Smad4形成三聚體轉形成三聚體轉移至細胞核內，結合于移至