病理生理第七章

nullnull细胞信号转导障碍 与 疾 病 蚌埠医学院病理生理学教研室 前言前言 细胞通过位于胞膜或胞内的受 体（离子通道，细胞黏附分子）感受胞外信息分子的剌激，并激活细胞内信号转导通路，产生生物学效应，实现对生命活动的调控，这一过程称为细胞信号转导。（cellular signal transduction）null细胞信号转导系统对生命活动的调控，包括增殖、分化、代谢、适应、防御、凋亡等多方面作用。系统异常可以作为某些疾病的病因，也可作为条件。研究其与疾病的关系不仅可阐明疾病的机制，还能为新药设计和新疗法提供发展思路和靶点。null外界剌激 细胞膜 细胞内 信息分子 膜 受 第二 体 信使 胞浆受体核内受体 细胞信号转导第一节 转导系统概述第一节 转导系统概述 一、系统组成 1、细胞间信息物质 化学物质：激素、神经递质、神经肽、局部体液因子、细胞代谢产物、外源性化学物质等。 物理信号：电信号、机械刺激、细胞接触等。null2。细胞受体 膜受体： G蛋白偶连受体（GPCR）家族 酪氨酸蛋白激酶（RTK）家族 细胞因子受体超家族：IL-1R-STAT 丝苏氨酸蛋白激酶（PSTK）家族 死亡受体家族：TNF-R1 粘附分子受体 离子通道型受体 胞浆受体及核受体 ： ADS-R、T3、T4-Rnull3、细胞内第二信使和蛋白激酶家族 第二信使：cAMP、cGMP、Ca２﹢ 、IP3、DG、 NO、Cer（神经脂酰鞘氨醇） 信号转导蛋白激酶家族：PKA、PKB、PKC、 PKG、MAPK、STAT、PI3K、JAK等。 相互关系： cAMP-PKA PI3K-PKB DG-Ca２﹢ -PKC-MAPK IP3 -Ca２﹢ -CaM- PKC cGMP-PKG JAK-STATnull4、转录因子：AP-1、SRF、CREB、NFkB、 ERK、STAT等 特定结构： 锌指结构 亮氨酸拉链结构 螺旋-环-螺旋结构 比如：AP-1,NFkB,亮氨酸拉链结构，即每隔6个aa有一个亮氨酸，共四个亮氨酸把两条肽链拉成一个二聚体，入核后专门识别TGACTCA区域，启动转录。null二、控制细胞内信号转导蛋白活性的方式 1、配体调节：HR—第二信使—蛋白酶激活 2、经G蛋白调节： HR—G-GTP—AC—CAMP—PKA、PKC 激活 3、经可逆性磷酸化调节 PDGF-RTK—GTPRas-MAPKKK - MAPKK-MAPK 三、信号系统对终端靶蛋白磷酸化调节产生生物学效 应。 信号转导系统的发现源自T细胞激活的研究。null细胞外 细胞膜 细胞内 cAMP PKA PKCa2+ 酶蛋白 外界 胞间 受 G 效 Ca2+ Ca2+调 PKC CaM 磷酸化 环境 蛋 应 IP3 节蛋白 修 饰 剌激 信号 体 白 器 DG PKC CaM结 酪氨酸 合蛋白 蛋 白 激 酶 第一信使 膜上信号 第二信使 细胞反应 转换系统 跨膜的信号转导通路null四、膜受体介导的信号转导通路 1、经G蛋白介导的信号转导通路 G蛋白—— 概念： G蛋白指鸟苷酸结合蛋白 （guanine nucleotide binding protein)是信号转导通 路的分子“开关” ，1971 年发现，1980年 纯化，1994年获诺贝尔奖。 结构：单链多肽，三个亚基（α、ß、r）， α是 功能亚基，39~45KD ，具GTPase活性， 有CTx、PTx、AC、PLC结合区。 单一亚基者称小G蛋白（P21-ras) 激活：GTP-G α是激活形式，GDP-G αßr 无活性。nullnull 分类: 根据G α 功能可分 Gs： stimulationG ，分子量4 . 5万，能使 AC激活，都有CTx结合区。 Gi ： inhibitionG，分子量4万，能使AC抑 制，都有PTx结合区。 Gp-激活磷酯酶（phospholipiase）的G蛋白 Gq-激活PLCβ介导IP水解。 Gt-与视觉有关 Ggust-与味觉有关 其他功能不明者用x、o或数字示 如：Go 或Gx nullGPCR：G蛋白偶联受体，有7个跨膜段，目前是受体中最大的超家族（人类基因组中第三大家族），包括肽类激素受体、 α、ß、M受体等 GPCR配体： 激素类：PTH、TRH、ADH、NA、Ach等 神经递质、神经肽、趋化因子、光、气 味 多种药物： ß阻滞剂（心得安），组胺拮抗 剂（酮替芬），抗胆硷药（阿托 品），阿片等。nullnull（一）、Gs途径 ADH-R PTH-R Gs - AC (+) - cAMP -PKA (+) ———— Adr –ß-R 心肌钙通道激活、 肝糖原磷酸化酶激活、 PKA 进入核内使CREB磷酸化激活调节转录 CREB： cAMP反应元件结合蛋白，含亮氨 酸拉链结构。 Lefkowitz实验：1985 非洲爪蟾RBC+纯化 ß R 融入， 证实该途径 。 用异丙肾致cAMP增多， 用心得安可阻断该反应。 （二）、Gi途径 Ach-M2R\Adr- α 2R-Gi- AC (-) - cAMP -PKA (-) null β-肾上腺素能受体、 α1-肾上腺素能受体 胰高血糖素受体 M2-胆碱能受体、血管紧张素Ⅱ受体 Gs蛋白 Gi蛋白 (＋) (－) 腺苷酸环化酶（CA） 环磷酸腺苷（cAMP） 蛋白激酶A（PKA） 胞浆内 核 内 靶蛋白磷酸化 CRE结合蛋白（CREB）磷酸化 cAMP反应元件（CRE） 靶 基 因 转 录 腺苷酸环化酶（cAMP）-蛋白激酶A （PKA）途径null(三)、Gq途径： Adr- α 1R Ag-R Gq-PLC(+)-PIP2水解-IP3\DG ET-R IP3入胞浆促SR释放钙 DG—PKC（+）—MAPK （+） 转录因子（+）、平滑肌钙通道和 钠钾泵（+）。 （四）、Gp途径： 同上配体、受体— Gp- PLA2(+)、PLD (+)、 MAPK （+）：PGs、 LTs 、 TxA2、磷脂酸、胆碱增多 （五）、其它：G β γ、小G-PI3K-PKB （+）调节胰 岛素在糖代谢中的作用。 null 2. RTK介导的信号转导通路 （一）、 RTK-Ras-MAPK-ERK通路 （二）、 RTK-PLCr-DG-PKC- MAPK通路 （三）、 RTK-PI3K- MAPK通路 RTK的配体包括EGF，PDGF，Insuline, 多种应激原，促炎细胞因子也可激活MAPK 通路。null null 生长因子受体结合 蛋白-2 （GRB-2） Sos Ras Raf (MAPKKK) MEK (MAPKK) ERK（MAPK） 有丝分裂素激活 蛋白激酶 （MAPK） 靶基因磷酸化 转录因子磷酸化 基因转录 Ras-MAPK途径nullGrb2 :生长因子受体连接蛋白（growth receptor binding protein ）,含SH2区（即与Src2基因同源区编码产物）,它可以识别TPK中磷酸化的酪氨酸并与之结合，但SH2区域蛋白本身却是以丝/苏氨酸激酶为底物，使通常蛋白质丝/苏氨酸磷酸化而激活。 Sos （Save our souls) 指细胞损伤发出求救信号所产生的一类蛋白，可以使GDPras变为GTPras MAPKs 丝裂原活化蛋白激酶系统，（mitogen activated protein kinase，MAPKs）这是胞浆内具有使丝/酪氨酸双重磷酸化能力的激酶系统，包括： ERK 、JNK\SAPK、P38 MAPK . MAPKKK包括Raf、MLK3、MEKK1、4 . MAPKK包括MEK、MKK3\6、MKK4\7 null 生长因子受体结合 生长因子受体结合 磷脂酶C 磷脂酰肌醇3激 酶表皮生长因子 蛋白-2 （GRB-2） （PLC γ） （ PI3K） （EGF） 血小板源性生长 Sos PIP2 底物蛋白 长因子（PDGF） 磷 酸 化 Ras IP3 DA 细胞生长 酪氨酸蛋白 Raf(MAPKKK) 代谢调节 受体（PTK受体） MEK(MAPKK) 受体二聚化、 细胞外信号调节蛋白激酶 又称有丝分裂素激活 自身磷酸化 （ERK） 蛋白激激酶 （MAPK） 靶基因磷酸化 转录因子磷酸化 基因转录 null3、 JAK — STAT通路 此通路最先在干扰素信号转导研究中发现 JAK:（ janus kinase 或 just another kinase , 酪氨酸蛋白激酶）不同于RTK，无跨膜域， 有SH2区，起受体与基因转录纽带连接作用。 STAT :（signal transducers and activators trans cription，STAT）信号转导和转录激活因子 家族，能与JAK偶联，入核与启动子5‘调控 区14个bp结合，启动抗病毒蛋白等合成。null 白介素、干扰素、 红细胞生成素 受 体 无PTK活性 受体二聚化 J ak 磷酸化 PTK活性 Stat结合、磷酸化、二聚化 结 合 启 动 子 基因转录增强 Jak-Stat 途径nullADS 多肽类激素 细胞因子类 生长激素类 ANP T3T4 Adr Ach G蛋白 非受体TPK 受体TPK GQ Grb2 α βγ JAK sos IP3/Ca HSP-R HSP AC PLC RasGPT NO cAMP IP3 DG STAT Raf-1 GC MEK CGMP MAPK PKA Ca PKC PKG CaM ERK NFkB 靶蛋白-p R+HRE CREB NFkB SRF Jun fos myc…… null 组成信号转导系统的不同通路之间并不是互不相干的，每一条信号转导通路好比是一条主干道，起点是受体，终端是效应器，中间每一个环节好比是车站，各个信号转导系统之间由很多支路相连，纵横交织，形成一个复杂的通讯网络，相互调节、相互影响、相互协调、相互制约，一个细胞可同时接受多种信号剌激，一种剌激也可同时激活细胞内数条信号通路，这就是信号转导通路间的交互通话（cross-talk）。null五、细胞信号转导系统调节 信号转导蛋白表达有严格的时空性和规律性，目前研究最 多的是受体调节。 1、受体数量调节 受体下调（down regulation） 受体上调(up regulation) 高浓度 配体引起同种（自身）受体下调，异原性受 体上调，如甲状腺激素增多引起心肌ß1R上调。 2、受体亲合力调节-受体磷酸化\脱磷酸化，所涉及的酶有 特异（如GRKs-GPCR-P)，非特异（PKA、PKC） 两 类。 减敏（desensitization) 增敏 (hypersensitivity) 第二节 信号转导异常的原因机制 第二节 信号转导异常的原因机制一、生物学因素：多种病原体 –TLR-NFkB,PKC,MAPK+ CTx-Gs201位精氨酸核糖基化—cAMP增多 二、理化因素：多环芳烃-Ras突变-MAPK+ 机械刺激-PKC、ERK+ 三、遗传因素：信号转导蛋白基因突变引起蛋白数量改变和功 能改变-失活、显性负性作用、组成型激活，如 TSHR失活-甲减、 TSHR激活-甲亢 四、免疫学因素：自身受体抗体有刺激型和阻断型 ，如TS-Ab- 甲亢 ，TBAb-甲减 ，nAchR-Ab-重症肌无力 五、内环境紊乱：因神经内分泌紊乱（递质、激素、细胞因子、 、炎症介质）引起信号转导异常。 单环节异常-遗传病，如家族性尿崩 多环节异常-肿瘤， 第三节 信号转导障碍与疾病第三节 信号转导障碍与疾病一、受体缺陷病 1、雄激素受体下调、失活 -雄激素抵抗症（AIS) 男假两性畸形、特发性无精、延髓脊髓性肌 痿缩（SBMA）-运动神经元变性，乳房女性化 2、胰岛素受体变异 与胰岛素抵抗性糖尿病 基因突变-受体下调，亲合力、酶活性降低。 自身免疫产生阻断型胰岛素受体抗体 二、G蛋白异常—小儿巨人症、指（趾）端肥大症 在垂体腺瘤中，约有30%~40%患者Gsa点突变， 引起AC+、cAMP-GH增多。null三、多环节信号转导异常与疾病 1、肿瘤 （ 一）促细胞增殖的信号转导增强 生长因子产生增多，如sis-PDGF 受体表达增多、激活，如C-erbB-EGFR\N端头部截短变 成非配体依赖型持续+ 信号转导蛋白改变：ras点突变—MAPK+, Src+ \ TPK+, mos,raf \ MAPK 转录因子增多：myc 、 fos –AP1 ，jun-JAK （二）抑制细胞增殖的信号转导减弱 TGFßⅡR突变，Smad4失活，引起细胞周期素（P21-Wafl 、P27-Kipl 、P15-ink4b）减少，从而使细胞增殖。null 癌基因 产 物 同源物或作用 信号传递异常环节 sis P28sis PDGFβ 类生长因子 Int-2 Int-2蛋白 成纤维细胞生长因子 类生长因子 erb-B P68erb-B 变异型EGF受体 生长因子受体 类似物 src yes fgr abl 各种产物 催化底物蛋白 具有PTK活性 fps/fes ros lck 酪氨酸磷酸化 ras P21ras Gx 信号传递蛋白 myc myb fos 产物 调节基因表达 核内转录因子 Jun ski rel 癌基因产物与细胞增殖信号传递null2、高血压和心肌肥厚 机械牵拉刺激 激素信号（CA、ET、AgⅡ) 局部体液因子（FGF、TGFß） 刺激各种信号转导通路（PLC-PKC，MAPK，PI3K，JAK-STAT，细胞钠、钙通道），引起血管肌层增殖、肥厚，心肌收缩蛋白基因转录增强。null 血管紧张素Ⅱ PDGF 机械性剌激 GPCRs 受体PTK 整合素 Gq Ca2+ Src→Grb2 PLC Src PLCβ IP3 Sos FAK DAG Ras PKC Raf MEK 蛋白磷酸化 ERK AP-1 SRF 基因转录 ㈡高血压病第四节细胞信号转导研究及新疗法第四节细胞信号转导研究及新疗法一、抑制RTK途径治疗肿瘤 1、采用单克隆抗体阻断配体与受体结合，如 EGFR单克隆抗体可抑制人鳞癌在裸鼠的生长 和转移 2、特异性抑制PTK活性药物可阻止血管平滑肌 增殖 3、抑制ras向膜转移，阻断ras激活，如应用无 活性的突变ras, 可阻断rasMAPK通路 二 、PTK、PKC、PKA、P38MAPK抑制剂的研究为 SIRS治疗提供新思路。 三、糖皮质激素抗炎机制 三、糖皮质激素抗炎机制 GC—GCR可引起： 1、抗炎因子膜连蛋白1增多，可抑制PLA2活。 2 、受体 水平抑制物IL-1受体拮抗剂表达增多。 3 、抗NFkB和AP1，抑制炎症介质、细 胞因 子的表达。 因此GC被称为体内调制炎症的“总开关”。null