药学分子生物学：第五章 细胞信息转导基础

第5章细胞信息转导基础

细胞信号转导(cellularsignaltransduction):针对外源性信号所发生的细胞内各种分子活性的变化，以及将这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过程细胞外化学信号有可溶性和膜结合两种形式生物体可感受任何物理、化学和生物学刺激信号，但最终通过换能途径将各类信号转换为细胞可直接感受的化学信号（chemicalsignaling）。化学信号可以是可溶性的，也可以是膜结合形式的。（二）可溶性分子信号作用距离不等多细胞生物与邻近细胞或相对较远距离的细胞之间的信息交流主要是由细胞分泌的可溶性化学物质（蛋白质或小分子有机化合物）完成的。它们作用于周围的或相距较远的同类或他类细胞（靶细胞），调节其功能。这种通讯方式称为化学通讯。①作用距离最远的内分泌（endocrine）系统化学信号，称为激素；②属于旁分泌（paracrine）系统的细胞因子，主要作用于周围细胞；有些作用于自身，称为自分泌（autocrine）。③作用距离最短的是神经元突触内的神经递质（neurotransmitter）。根据体内化学信号分子作用距离，可以将其分为三类细胞信号转导的作用方式内分泌型

(endocrine)：信号发放细胞分泌激素并进入血液，随循环系统播散于全身各处，作用于生物体其他远端部位的相应靶细胞旁分泌型(paracrine)

：细胞分泌的信号分子只是作为局部的介导物，作用于邻近靶细胞自分泌型(autocrine)

：信号分子由细胞分泌后，可被细胞自身或邻近同一类型的细胞受体接受其他类型：接触依赖型、突触型、缝隙连接内分泌旁分泌自分泌突触型由结合于质膜的蛋白质形成的“连接子”（connexon）结构组成。允许小分子物质（＜1.5KD）如ATP、葡萄糖、IP3、Ca2+、cAMP等通过，有助于相邻同型细胞对外界信号的协同反应。间隙连接的功能：电偶联传导、胚胎发育与分化、代谢的协调、细胞增殖的调控等。（1）间隙连接通讯（gapjunction）细胞间隙连接

（2）表面接触通讯

表面接触通讯是指细胞通过其表面结合的信号分子与另一细胞表面的信号分子选择性地相互作用，最终产生细胞应答的过程。不同细胞之间的相互识别和黏合都有可能采取表面接触通讯。识别与黏合的细胞可以是同种同类（低等生物的细胞聚集）、同种异类（受精）、异种同类（输血与器官移植）或异种异类（病原微生物对寄主细胞的侵染）。

年度

重要发现

诺贝尔奖获得者1923年胰岛素FrederickGrantBantingJohnJamesRichardMacleod1936年神经冲动的化学传递HenryHallettDaleOttoLoewi1950年肾上腺皮质激素EdwardCalvinKendallPhilipShowalterHenchTadeusReichstein1970年神经末梢的神经递质的合成、释放及灭活SirBernardKatzUlfvonEulerJuliusAxelrod1971年激素作用的第二信使机制EarlWilberSutherland1982年前列腺素及相关的生物活性物质SuneK.BergströmBengtI.SamuelssonJohnR.Vane1986年生长因子StanleyCohenRitaLevi-Montalcini细胞信号分子及其传导通路的发现年度重要发现诺贝尔奖获得者1992年蛋白质可逆磷酸化调节机制EdmondH.FischerEdwinG.Krebs1994年G蛋白及其在信号转导中的作用AlfredGilman，MartinRodbell1998年一氧化氮是心血管系统的信号分子RobertF.Furchgott，LouisJ.Ignarro，FeridMurad2000年神经系统有关信号转导ArvidCarlsson，PaulGreengard，EricR.Kandel2001年细胞周期的关键调节分子LelandH.HartwellR.TimothyHuntPaulM.Nurse2003细胞膜离子通道作用机制PeterAgreRoderickMacKinnon2004嗅受体及其作用机制RichardAxel，LindaB.Buck2004泛素介导的蛋白质降解AaronCiechanover，AvramHershko，IrwinRose一、信号分子与受体第一节信号转导的概述（一）信号分子根据化学本质分为：短肽、蛋白质、气体分子（NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等按分泌方式分为：内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和自分泌信号细胞间信号分子(extracellularsignalmolecules)

细胞间信号分子是内外环境变化的产物，是细胞对环境刺激的直接反应，也是调节细胞代谢和功能的首要的信号分子，因此，一般将细胞间信号分子称为第一信使（thefirstmessenger）。根据产生和作用方式不同，可分为激素、神经递质和神经肽、局部化学介质、生长因子、细胞因子、气体信号分子等。第一信使（firstmessenger）细胞间信息物质(extracellularsignalmolecules)是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。蛋白质和肽类（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等）脂酸衍生物（如前列腺素）气体（如一氧化氮、一氧化碳）等常见的第一信使可分为：水溶性、脂溶性和气体信号分子细胞内信号分子(intracellularsignalmolecules)

细胞内信号分子通常是在细胞间信号分子的指导下产生，通过改变细胞内酶的活性、开启关闭细胞膜离子通道、调节细胞核内基因的转录等，最后调节细胞内代谢，控制细胞的生长、繁殖和分化。相对于细胞间的第一信使而言，细胞内信号分子一般称为第二信使（thesecondmessenger）。

第二信使（secondmessenger）细胞内信息物质(intracellularsignalmolecules)第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质。常见的第二信使无机离子：如Ca2+

脂类衍生物：如DAG、IP3核苷酸：如cAMP、cGMP信号蛋白分子第三信使(thirdmessenger)负责细胞核内外信息传递的物质，又称为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序列结合的核蛋白，能调节基因的转录。如立早基因(immediate-earlygene)的编码蛋白质。是细胞膜上或细胞内能特别识别生物活性分子并与之结合的成分，它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。（二）受体recptor受体功能：

（1）识别自己特异的信号物质－－配体，与之结合。（2）把识别和接受的信号准确无误地放大并传递到胞内，启动一系列胞内信号级联反应，最后导致特定的生物学效应。配体(ligand):

能与受体特异性结合的生物活性分子称为配体。如激素、神经递质、抗原、药物、毒素等。配体除了与受体结合外，本身并无其它功能。它不能参加代谢产生有用产物，也不能直接诱导任何细胞活性，更无酶的特点；它唯一的功能就是通知细胞在环境中存在一种特殊信号或刺激因素。不能进入细胞的水溶性化学信号分子和其它细胞表面的信号分子，如生长因子、细胞因子、水溶性激素分子、粘附分子等。接收的信号是可以直接通过脂双层胞膜进入细胞的脂溶性化学信号分子，如类固醇激素、甲状腺素、维甲酸等。1、膜受体2、胞内受体受体（recptor）的种类2、胞内受体（1）离子通道偶联受体（2）G-蛋白偶联受体（3）酶偶联爱体1、膜受体受体核内受体（I型核受体）胞浆内受体（II型核受体）两类受体的位置存在于细胞质膜上的受体，绝大部分是镶嵌糖蛋白。根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和单跨膜受体。膜受体(membranereceptor)1、离子通道型膜受体离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，它们的开放或关闭直接受化学配体的控制，被称为配体-门控受体通道（ligand-gatedreceptorchannel）。配体主要为神经递质。乙酰胆碱受体的结构与其功能乙酰胆碱受体功能模式图离子通道受体信号转导的最终作用是导致了细胞膜电位改变，即通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞功能的。离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体；也可以是阴离子通道，如甘氨酸和γ-氨基丁酸的受体。G蛋白偶联受体的结构矩型代表

-螺旋，N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。2、G蛋白偶联受体细胞内受体：多属于转录因子位于细胞内的受体多为转录因子，与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，在转录水平调节基因表达。该型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺素、维甲酸、维生素D等，它们进入细胞后，有些可与其位于细胞核内的受体相结合形成激素-受体复合物，有些则先与其在细胞质内的受体相结合，然后以激素-受体复合物的形式穿过核孔进入核内。高度可变区位于N端，具有转录活性DNA结合区含有锌指结构激素结合区位于C端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录铰链区胞内受体(intracellularreceptor)结构位于细胞浆和细胞核中的受体，全部为DNA结合蛋白。（三）受体与信号分子的结合特点高度专一性：一种信号分子到达细胞时，只作用于与之相应的受体。

高度亲和性：极低浓度的配体即可与受体结合并充分起到调控作用

可饱和性：无论膜受体还是胞内受体的数目都是有限的，当受体为配体占据时，再提高配体的浓度，也不会增加细胞的效应

可逆性：受体与配体呈非共价可逆结合，使细胞在外源信息分子浓度下降后，可以迅速终止针对该信息所发生的变化。

特定的作用模式：二、信号转导的基本过程（一）信号转导的基本过程细胞合成或分泌信号分子→结合并激活靶细胞膜或胞内受体→信号转导、细胞内信使系统→生物学效应细胞内信息物质(intracellularsignalmolecules)第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质。1、第二信使（secondmessenger）（二）细胞内信号转导相关分子特点：(1)不位于能量代谢途径的中心；(2)在细胞中的浓度可以迅速发生改变；(3)作为变构效应剂作用于相应的靶分子；(4)阻断该分子的变化可以阻断细胞对外源信号反应作用方式:(1)直接作用;(2)间接作用：通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白磷酸化，引起细胞效应。常见的第二信使无机离子：如Ca2+

脂类衍生物：如DAG、IP3核苷酸：如cAMP、cGMP信号蛋白分子1957年，E.Sutherland在研究肾上腺素促进肝糖原分解的机制时发现，这些激素的作用依赖于细胞产生一种小分子化合物环腺苷酸（cyclicAMP，cAMP），从而提出了cAMP是激素在细胞内的第二信使这一著名的激素信号跨膜传递学说。2、酶分子（1）催化小分子信使生成和转化的酶：腺苷酸环化酶AC、鸟苷酸环化酶GC等。cAMPATPACPPiAMPPDEH2O磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)腺苷酸环化酶(adenylatecyclase,AC)（adenylatecyclase，AC）（guanylatecyclase，GC）核苷酸环化酶催化cAMP和cGMP生成蛋白激酶G是cGMP的靶分子cGMP作用于cGMP依赖性蛋白激酶（cGMP-dependentproteinkinase，cGPK），即蛋白激酶G（proteinkinaseG，PKG）。cGMP激活PKG示意图使有关蛋白或酶类的丝、苏氨酸残基磷酸化蛋白激酶PKG的功能NOGCPKG

蛋白质磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞膜生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。*①在完整细胞中，该分子的浓度或分布在细胞外信号的作用下发生迅速改变；②该分子类似物可模拟细胞外信号的作用；③阻断该分子的变化可阻断细胞对外源信号的反应。④作为别位效应剂在细胞内有特定的靶蛋白分子。小分子细胞内信使的特点2、蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白激酶和蛋白磷酸酶：催化蛋白质的可逆磷酸化，提高或降低其活性。A.蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶:PKA;PKG;PKC;MAPK

B.蛋白酪氨酸激酶(PTK):PTK受体、胞质内PTK、胞核PTK

C.蛋白组氨酸/赖氨酸/精氨酸激酶

D.蛋白色氨酸激酶

E.蛋白天冬氨酰基/谷氨酰基激酶调节蛋白(1)G蛋白：GTP结合蛋白，在信号传递中起到开关作用，包括三聚体G蛋白和小G蛋白(2)衔接蛋白(adaptorprotein,AP):含有蛋白质相互作用结构域，连接上下游信号转导的分子。募集和组织信号转导复合物，通过变构激活下游分子。SH2结构域：识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列SH3结构域：通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合PH结构域：存在于多种信号蛋白和细胞骨架相关蛋白中的功能性区域，与膜上的磷脂类分子结合(如IP3)PTB结构域：识别一些含磷酸酪氨酸的基序第二节主要信号转导途径一、G蛋白偶联受体信号转导途径（一）G蛋白简介鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotidebindingprotein，Gprotein）简称G蛋白，亦称GTP结合蛋白，是一类信号转导分子，在各种细胞信号转导途径中转导信号给不同的效应蛋白。G蛋白结合的核苷酸为GTP时为活化形式，作用于下游分子使相应信号途径开放；当结合的GTP水解为GDP时则回到非活化状态，使信号途径关闭。吉尔曼

AlfredG.Gilman美国得克萨斯大学西南医学中心1941年--

罗德贝尔

MartinRodbell美国国立环境卫生研究所1925年--1998年荣获1994年诺贝尔生理学或医学奖1、G－蛋白的发现G蛋白(guanylatebindingprotein)是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、三个亚基组成。有两种构象：非活化型；活化型G蛋白循环信息传递过程中的Ｇ蛋白2、G蛋白的结构α亚基（Gα）β、γ亚基(Gβγ)具有多个功能位点α亚基具有GTP酶活性与受体结合并受其活化调节的部位βγ亚基结合部位GDP/GTP结合部位与下游效应分子相互作用部位主要作用是与α亚基形成复合体并定位于质膜内侧；在哺乳细胞，βγ亚基也可直接调节某些效应蛋白。GPCR是七跨膜受体（serpentinereceptor）G蛋白偶联受体简略图G蛋白偶联受体的结构矩型代表

-螺旋，N端被糖基化，C端的半胱氨酸被棕榈酰化。两种G蛋白的活性型和非活性型的互变（二）G蛋白偶联受体信号转导的基本过程RＲHACγαβGDPαGTPβγ腺苷酸环化酶ACATPcAMP（三）AC-cAMP-PKA信号转导途径和PLCB-IP/DG信号转导途径1、AC-cAMP-PKA信号转导途径2、PLCB-IP/DG信号转导途径蛋白激酶A是cAMP的靶分子cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependentproteinkinase，cAPK），即蛋白激酶A（proteinkinaseA，PKA）。PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖、脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子。cAMP的作用机理PKA的激活R：调节亚基C：催化亚基cAMP激活PKA影响糖代谢示意图肾上腺素对糖原代谢的影响

肾上腺素＋受体

肾上腺素·受体复合物激活Ｇ蛋白激活ACATPcAMP胞外信号→受体→G蛋白→AC→cAMP→PKA(调节亚基与催化亚基分离)→PKA催化亚基活化进入细胞核→CREB磷酸化→活化的CREB在CBP协同下，促进特定基因转录→生物学效应1、AC-cAMP-PKA信号转导途径胰高血糖素受体通过AC-cAMP-PKA通路转导信号血管紧张素II（AngiotensinII）受体亦属于G蛋白偶联受体，但是偶联的G蛋白的亚基

为

q，通过PLC-IP3/DAG-PKC通路发挥效应。2、PLCβ-IP3/DG信号转导途径血管紧张素II受体通过PLC-IP3/DAG-PKC通路介导信号转胞外信号→受体→G蛋白→PLC-βPIP2水解肌浆网/内质网释放Ca2+DG与CaM结合→Ca2+/CaM依赖的蛋白激酶活化靶蛋白磷酸化→生物学效应IP3蛋白质丝/苏氨酸磷酸化(转录因子AP-1、NFkB)靶基因转录PKC活化乙酰胆碱[M1]光(果蝇)5-HT（1c）ATP促胃泌激素释放肽促甲状腺激素释放激素(TRH)肾上腺能激动剂谷氨酸后叶加压素-抗利尿激素血管紧张素II促性腺激素释放激素(GRH)组织胺[H1受体]

利用PLC-IP3/DG-PKC转导信号的部分化学信号DAG，IP3的生物合成和功能PIP2PLCDAG+IP３（2）IP3-Ca2+途径除PLC能特异性地水解PIP2生成DAG外，还可通过下面途径生成DAG。磷脂酰胆碱(PC)磷脂酸(PA)+胆碱DAG磷脂酶D(PLD)DAG，IP3的功能DAG：在磷脂酰丝氨酸和Ca2+协同下激活PKCIP3：与内质网和肌浆网上的受体结合，促使细胞内Ca2+释放IP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质中，与内质网或肌质网膜上的IP3受体结合。IP3

＋IP3受体钙离子通道开放，细胞内钙释放细胞内钙离子浓度迅速增加IP3的靶分子是钙离子通道DAG和钙离子的靶分子是蛋白激酶C蛋白激酶C（proteinkinaseC，PKC），属于丝/苏氨酸蛋白激酶，广泛参与细胞的各项生理活动。PKC作用的底物包括质膜受体、膜蛋白、多种酶和转录因子等，参与多种生理功能的调节。目前发现的PKC同工酶有12种以上，不同的同工酶有不同的酶学特性、特异的组织分布和亚细胞定位，对辅助激活剂的依赖性亦不同。催化结构域Ca2+DAG磷脂酰丝氨酸调节结构域催化结构域底物Ca2+DAG磷脂酰丝氨酸调节结构域假底物结合区DAC活化PKC的作用机制示意图细胞外液游离钙浓度高（1.12~1.23mmol/L）；细胞内液的钙离子含量很低，且90%以上储存于细胞内钙库（内质网和线粒体内）；胞液中游离Ca2+的含量极少（基础浓度只有0.01~0.1mol/L）。钙离子可以激活信号转导有关的酶类1．钙离子在细胞中的分布具有明显的区域特征乙酰胆碱、儿茶酚胺、加压素、血管紧张素和胰高血糖素等胞液Ca2+浓度升高CaMCaMCa2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

钙离子的信号功能主要是通过钙调蛋白实现钙调蛋白（calmodulin，CaM）可看作是细胞内Ca2+的受体。

二、酶偶联受体信号转导途径酶偶联受体均为单次跨膜蛋白，胞内结构域具有酶活性，或受体与酶直接偶联受体与配体结合后激发受体本身酶活性，或偶联的酶活性级联磷酸化反应，通过蛋白质分子的相互作用激活细胞内蛋白激酶受体酪氨酸激酶介导的信号转导、酪氨酸激酶偶联受体介导的信号转导、受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的信号转导（一）受体酪氨酸激酶介导的信号转导RTK的结构：单次跨膜糖蛋白，胞外区是结合配体结构域，胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点单个跨膜

螺旋受体

含TPK结构域的受体EGF:表皮生长因子IGF-1:胰岛素样生长因子PDGF:血小板衍生生长因子FGF:成纤维细胞生长因子与配体结合后具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素受体

insulingrowthfactorreceptor,IGF-R

表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGF-R)。与配体结合后，可与酪氨酸蛋白激酶偶联而表现出酶活性，如生长激素受体、干扰素受体。非酪氨酸蛋白激酶受体型酪氨酸蛋白激酶受体型（催化型受体）酶偶联受体大部分是生长因子和细胞因子的受体，它们所介导的信号转导通路主要是那些调节蛋白质的功能和表达水平、调节细胞增殖和分化。不同蛋白激酶组成的RTK偶联受体信号途径基本模式相同RTK偶联受体主要通过蛋白质相互作用激活自身或细胞内其他的RTK或丝/苏氨酸激酶来转导信号。RTK偶联受体介导的信号转导途径的基本模式：①结合配体后受体形成二聚体或寡聚体；②第一个蛋白激酶被激活。对于具有蛋白激酶活性的受体来说，此步骤是激活受体胞内结构域的蛋白激酶活性；对于没有蛋白激酶活性的受体来说，此步骤是受体通过蛋白质-蛋白质相互作用激活与它紧密偶联的蛋白激酶；③通过蛋白质-蛋白质相互作用或蛋白激酶的磷酸化修饰激活下游信号转导分子，通常是继续活化下游的一些蛋白激酶；④蛋白激酶通过磷酸化修饰激活代谢途径中的关键酶、反式作用因子等，影响代谢途径、基因表达、细胞运动、细胞增殖等。RTK偶联受体介导的信号转导途径的基本模式：2、RTK信号转导途径表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR）是一个典型的受体型RTK。Ras→MAPK途径是EGFR的主要信号通路之一。表皮生长因子受体作用机制：EGFR介导的信号转导过程（1）Ras-MAPK级联反应信号途径GRB2(growthfactorreceptorboundprotein2）SH2域(srchomology2domain)细胞内某些连接物蛋白共有的氨基酸序列，与原癌基因src编码的酪氨酸蛋白激酶区同源，能识别磷酸化的酪氨酸残基并与之结合。

组成：催化性受体，GRB2,SOS,Ras蛋白,Raf蛋白，MAPK系统SH2SH3酪氨酸蛋白激酶途径(tyrosine–proteinkinase,TPK)酪氨酸蛋白激酶分类受体型TPK（位于细胞质膜上）如胰岛素受体、生长因子受体及原癌基因（erb-B、kit、fins等）编码的受体非受体型TPK（位于胞浆）如底物酶JAK和原癌基因（src、yes、ber-abl等）编码的TPK

SOS(sonofsevenless)富含脯氨酸，可与SH3结合，促使Ras的GDP换成GTP。Ras蛋白：原癌基因产物，类似与G蛋白的G

亚基Raf蛋白：具有丝／苏氨酸蛋白激酶活性MAPK系统(mitogen-activatedproteinkinase)包括MAPK、MAPK激酶（MAPKK）、MAPKK激酶（MAPKKK），是一组酶兼底物的蛋白分子。

细胞外信号EGF、PDGF等具RTK活性的受体GRB2

PSOS

PRas-GTP

PRaf调节其他蛋白活性MAPKKMAPK

P

P

P细胞核反式作用因子调控基因表达细胞膜二聚化（二）酪氨酸激酶偶联受体介导的信号转导单次跨膜蛋白，本身不具有酶活性，但与胞内酪氨酸蛋白激酶JAK偶联。与配体结合后发生二聚化而激活，其信号途径为JAK-STAT或RAS途径。(1)配体与受体结合导致受体二聚化；(2)二聚化受体激活JAK；(3)JAK将STAT磷酸化；(4)STAT形成二聚体，暴露出入核信号；(5)STAT进入核内，调节基因表达。大部分白细胞介素（interlukin,IL）受体属于酶偶联受体。通过JAK（JanusKinase）-STAT（signaltransducerandactivatoroftranscription）通路转导信号。细胞内有数种JAK和数种STAT的亚型存在，分别转导不同的白细胞介素的信号。白介素介导的信号转导通路干扰素调节基因转录（三）受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的信号转导单次跨膜蛋白受体，在胞内区具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。TGF-β→I、II型受体聚合为异四聚体→受体变构、磷酸化→II型受体激活后磷酸化I型受体使之活化→SARA与Smad2、3结合→

Smad2、3磷酸化→Smad由折叠变构为非折叠→结合Smad4形成三聚体→Smad的NLS暴露→Smad进入细胞核→调节相应的基因转录转化生长因子β（transformgrowthfactorβ,TGFβ）受体。属于单次跨膜受体，自身具有蛋白丝氨酸激酶催化结构域。受体活化后通过信号分子Smad介导的途径调节靶基因转录，影响细胞的分化。细胞内有数种Smad存在，参与TGFβ家族不同成员（如骨形成蛋白等）的信号转导。TGF

受体是蛋白丝氨酸激酶TGF

受体介导的信号转导通路三、依赖于受调蛋白水解信号转导途径既不偶联G蛋白或酶，本身也无酶活性，在外来信号分子作用下，引起某个潜在基因调控蛋白的受调蛋白水解，从而能够调节相应靶基因的表达Wnt、NF-kB、Notch、Hedgehog信号途径（一）Wnt信号转导途径Wnt→卷曲蛋白(Frz)→蓬乱蛋白(Dvl)→连环蛋白(β-catenin)降解复合体解散→β-catenin积累，进入细胞核→TCF/LEF→基因转录（如c-myc、cyclinD1）。NF-

B是重要的炎症和应激反应信号分子肿瘤坏死因子受体（TNF-R）、白介素1受体等重要的促炎细胞因子受体家族所介导的主要信号转导通路之一是NF-

B（nuclearfactor-B，NF-B）通路。NF-

B几乎存在于所有细胞的转录因子，广泛参与机体防御反应、组织损伤和应激、细胞分化和凋亡以及肿瘤生长抑制等过程。（二）NF-kB信号转导途径NF-kB(nuclearfactor-kappaB)属于真核细胞转录因子Rel家族，在哺乳动物细胞内共发现5种NF-kB/Rel家族成员。均有一个RHD结构域，介导能形成同或异二聚体及NF-kB与靶基因DNA序列特异性结合通常情况下，NF-kB二聚体与抑制蛋白I-kB结合成三聚体处于抑制状态。各种信号通过激活I-kB的泛素化降解途径，使NF-kB二聚体活化进入胞核，调节基因转录。NF-

B信号转导通路TNF-α→TNFR多聚化并与TRADD作用→招募TRAF2与RIP→激活IKK→IkBα磷酸化→IkB从P65/P50/IkB三聚体解离→NF-kB入核→与靶基因DNA结合→调节相应的基因转录四、胞内受体信号转导途径胞内受体可分为核内受体和胞浆受体，配体主要是疏水的小的信号分子（类固醇激素、甲状腺素），受体是转录因子激素与受体结合→激素-受体复合物向核内转移→结合于激素反应元件上→与基本转录因子及其它的转录调节分子作用→调控下游基因表达NO是另一种可进入细胞内部的信号分子，激活一类特别的胞内受体类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程1、激素类核受体结构及作用机制示意图激素反应元件举例激素举例受体所识别的DNA特征序列肾上腺皮质激素5’AGAACAXXXTGTTCT3’3’TCTTGTXXXACAAGA5’雌激素5’AGGTCAXXXTGACCT3’3’TCCAGTXXXACTGGA5’甲状腺素5’AGGTCATGACCT3’3’TCCAGTACTGGA5’2、NO的信使功能与cGMP相关NO合酶胍氨酸精氨酸NHH2NNH2+H2N+COO-NHH2NOH2N+COO-NO＋NO合酶介导NO生成NO在细胞内外可产生多种生理、病理效应NO在很多组织、系统发挥生理或病理作用。ADP-核糖转移酶，可溶性鸟苷酸环化酶,环氧化酶细胞色素，顺乌头酸酶，质子ATP酶，运铁蛋白，核糖核苷酸还原酶，脂加氧酶氨基的亚硝基化，巯基的亚硝基化激活抑制激活或抑制酶和蛋白质NO作用受NO激活和抑制的酶和蛋白质NOGCPKG

蛋白质磷酸化GCG蛋白GTPcGMP激素R胞膜生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。NO的生理调节作用主要通过激活鸟苷酸环化酶、ADP-核糖转移酶和环氧化酶完成。除了NO以外，一氧化碳（carbonmonoxide，CO）、硫化氢（sulfuretedhydrogen，H2S）的第二信使作用近年来也得到证实。第三节细胞信号转导的特性TheRelationBetweenCellularSignalTransductionandMedicine细胞信号转导的特性信号转导的一过性:信号转导链中的每一个节点，在接收到上游的一次信号并其转导至下游后，该节点的信号会及时终止，并恢复到未接收信号的初始状态，以便于接受下一次信号。保证信号传递一过性的机制:(1)受体和信号转导蛋白的快速活化-失活;(2)第二信使的快速产生-降解信号转导一过性的意义:(1)降低背景,保证对连续信号的灵敏应答(2)限制时间,保证信号强度适度信号转导的记忆性：在某些情况下，即使上游信号已经终止，某些信号转导蛋白仍可以保持较长时间的活性状态。这种持续活化（记忆性）受到严格调控。信号转导效应的调控信号转导的放大效应：少量胞外信号分子—大量胞内效应分子1个受体/配体复合物激活多个G蛋白1个G蛋白激活多个AC1个AC产生多个cAMP1个cAMP激活多个PKA(级联反应cascade)信号转导的负性调控：利用负反馈机制终止或降低某节点的信号。其意义在于保证对外来信号作出适度、精确的反应。受体的调节：受体失敏、滞留和减量调节细胞内的某些信号蛋白直接参与负性调节：信号被预置性抑制蛋白所抑制；信号造成抑制蛋白活化或产生，后者反馈地作用于信号信号转导途径之间的相互作用信号途径间的交汇：信号转导最重要的特征之一是构成复杂的信号网络系统，不同的信号转导途径之间存在相互作用(crosstalk)一条信号途径中的功能分子可影响和调节其他途径一种信号转导分子可参加多条信号途径不同信号转导途径下游分子作用于共同的靶转录因子多种不同的信号途径汇合在一个共同的靶效应分子PI3激酶PIP3MAPKKKMAPKKMAPKGrb2PDK1PKB信号转导网络通过不同的膜受体间的相互作用：细胞膜上存在多种类型受体，同种及异种受体间存在相互作用。通过不同的信号转导分子间的相互作用：信号转导中的许多蛋白激酶可以磷酸化不同信号转导途径成员。通过不同转录因子与顺式作用元件的相互作用：转录因子组分的数量、比例及其相互作用形成异源二聚体等的差别，可在基因转录水平形成自由交谈的局面信号网络中信号传递专一性配体-受体之间的专一性：细胞内信号转导的专一性：依赖于信号转导蛋白之间的相互作用与结合基因转录的专一性：(1)不同基因结构的专一性;(2)辅转录因子的专一性;(3)转录因子的相互作用;(4)不同强度和持续时间的信号作用引发不同的转录活动

对发病机制的深入认识为新的诊断和治疗技术提供靶位信号转导机制研究在医学发展中的意义信号转导分子的异常可以发生在编码基因，也可以发生蛋白质合成直至其细胞内降解的全部过程的各个层次和各个阶段。从受体接受信号直至最后细胞功能的读出信号发生的异常都可以导致疾病的发生。一、信号转导分子的结构改变是许多疾病发生发展的基础

与GPCR信号通路密切相关的G蛋白基因突变可以导致一些遗传性疾病，如色盲、色素性视网膜炎、家族性ACTH抗性综合征、侏儒症、先天性甲状旁腺功能低下、先天性甲状腺功能低下或功能亢进等。G蛋白与感染性疾病G蛋白在细菌毒素的作用下发生化学修饰而导致功能异常是一些细菌感染致病的分子机制。这些疾病包括霍乱、破伤风等等。肿瘤的发生和发展涉及多种单跨膜受体信号通路的异常，许多癌基因或抑癌基因的编码产物都是该信号通路中的关键分子，尤其是各种蛋白酪氨酸激酶，更是与肿瘤发生密切相关。细胞的癌变实际上就是生长因子信号系统受到干扰或破坏，从而导致细胞的增殖、生长及分化失控。因此，目前已经鉴定的癌基因中，大部分属于生长因子信号系统的成员。癌基因蛋白与生长因子信号系统之间的关系主要表现在：癌基因蛋白是某种生长因子或类似物；癌基因蛋白是某种生长因子受体或类似物；癌基因蛋白是生长因子信号系统中的某种成份或类似物；癌基因蛋白是某种转录因子，并受生长因子的刺激。二、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位信号转导分子的激动剂和抑制剂是信号转导药物的研究出发点。一种信号转导干扰药物是否可以用于疾病的治疗而又具有较少的副作用，主要取决于两点。一是它所干扰的信号转导途径在体内是否广泛存在，如果该途径广泛存在于各种细胞内，其副作用则很难得以控制。二是药物自身的选择性，对信号转导分子的选择性越高，副作用就越小。分子靶向治疗针对细胞癌变过程的受体或转导过程中关键的酶，从分子水平抑制肿瘤生长的治疗模式。传统的放疗、化疗抗肿瘤能力低、杀伤指数过小、不良反应多,而且多数化疗药物都存在明显的量效依赖关系，但是分子靶向药物治疗以肿瘤细胞的特征分子为靶点，在发挥抗肿瘤作用的同时，减少了对正常细胞的毒副作用。肿瘤靶向治疗优势

利用具有一定特异性的载体,药物或其他杀伤肿瘤细胞的活性物质选择性地运送到肿瘤部位把治疗作用或药物效应尽量限定在特定的靶细胞、组织或器官内。不影响正常细胞、组织或器官的功能,而提高疗效、减少毒副作用。

如果把传统的放化疗比作是“地毯式轰炸”那么靶向治疗就如同精准制导导弹的“定点清除”

靶子肿瘤细胞武器？分子靶向药物的分类2抗HER-2治疗药物1抗EGFR治疗药物

3抗VEGF治疗药物

单克隆抗体药物小分子抑制剂

重组人源化单抗药物小分子酶抑制剂重组人源化单抗药物多靶点酶抑制剂(西妥昔单抗、帕尼单抗)(吉非替尼、厄洛替尼)（曲妥珠单抗）（拉帕替尼）（贝伐单抗）（索拉非尼、舒尼替尼）抗EGFR单克隆抗体药物西妥昔单抗（Cetuximab）帕尼单抗（Panitumumab）特点：这2种单克隆抗体都能直接封闭EGFR的胞外配基结合位点单克隆抗体药物Cetuximab的临床应用临床试验（见下页）显示：Cetuximab虽然不能延长患者的存活期，但可以减小某些患者体内的肿瘤体积并减缓肿瘤的生长速度，同时也能有效治疗头颈鳞状细胞癌和非小细胞肺癌，但Cetuximab属于人鼠嵌合抗体，反复用药会产生人抗鼠抗体反应（HAMA），具有局限性。拉帕替尼为人源化的单克隆抗体，与Cetuximab相比，Panitumumab不会产生HAMA反应，并且拥有更长的半衰期、更高的亲和性和更好的免疫耐受性。Cetuximabinrecurrent/metastaticheadandnecksquamouscellcancer(SCC)diseasetrialsTrialPhaseCaChemoRRPFS(m)OS(m)TrigoIISCCC22513%2.35.9HerbstIISCCCDDP+C22513%3.37.5BaselgaIISCCCDDP+C22510%2.86.1JCO2005;24:5578,5568JCO2004;22:488sCetuximab的临床应用初治患者的同步放化疗

顺铂（优先，Ⅰ类）西妥昔单抗（Ⅰ类）复发、不可切除或转移性癌

顺铂/卡铂＋5-Fu+西妥昔单抗（Ⅰ类）顺铂/西妥昔单抗v.1.2010NCCNGuidelines不良反应80%以上的患者可能出现皮肤反应，主要表现为痤疮样皮疹，其中约15％症状严重。皮疹多于治疗的前3周内出现，在停药后能自行消退且不留疤痕。痤疮样皮疹常出现在脸部、上胸部和背部。皮疹的发生频率呈剂量依赖性。不良反应-皮疹

RT

RT+C

P-Value3yr-OS 45% 55% <0.055yr-OS36.4%45.6%<0.05Median 29.3mos 49mos 0.018结论：Cetuximab组出现2度以上皮肤反应的预后比未出现的好NEJM2006;354:567；LancetOncol.2010,11:14小分子抑制剂（Gefitinib）的临床应用吉非替尼（Gefitinib）是一种可口服的EGFR小分子酪氨酸激酶抑制剂（TKI），主要用于抑制EGFR蛋白的酪氨酸激酶活性，使癌细胞阻滞于G1期。埃罗替尼（Erlotinib）的临床应用埃罗替尼（Erlotinib）是另一种有效、可逆的选择性HER-1/EGFRTKI和吉非替尼（Gefitinib）一样均应用于晚期或转移性NSCLC的治疗。特别提醒

应用EGFR抗体做靶向治疗前须行K-ras检查，野生型患者可以受益，突变型患者效果不明显。60%患者为K-ras野生型。检测K-ras可以预测疗效，减少费用，避免不良反应及毒性。什么是K-RAS？什么是KRAS

RAS是细胞内信号传导途径中的“下游区”的一种信号传导蛋白，于受体激活后被激活，可以影响细胞的生长，存活和分化等功能。RAS基因与人类肿瘤相关，其中KRAS最为重要。发生突变的称为突变型，未发生突变的称为野生型。

不良反应最常见的不良反应有皮疹（75%）和腹泻（56%），其中最严重的不良反应是间质性肺病（ILD），甚至可危及生命，故一旦确诊为ILD，应立刻中断治疗并采取相应的治疗措施。

皮疹与生存率正相关抗HER-2治疗的靶向药物HER-2（相对分子质量185000）也是一种受体型的酪氨酸激酶。这类受体通常位于表皮型细胞的细胞膜表面，通过结合特异的生长因子调节细胞的生长与分裂。在许多正常细胞中，HER-2/neu的表达水平较低，而在许多肿瘤组织（如乳腺癌、卵巢癌、小细胞肺癌、胰腺癌、胃癌等）中则表现为过表达。临床应用曲妥珠单抗（Trastuzumab）是第1个被FDA批准用于HER-2阳性乳腺癌治疗的重组人源化单克隆抗体。临床研究表明，HER-2高表达的转移性乳腺癌经化疗加Trastuzumab联合治疗后，与单独化疗组比较，缓解率提高了23%~32%，中位疾病进展时间延长了3个月，并且2年总生存率也有显著提高。曲妥珠单抗的不良反应不良反应主要表现为患者会出现类似感冒的症（40%）如发热、畏冷等。肿瘤部位的疼痛、气短、肌无力、皮疹、腹泻和头痛等。小分子酶抑制剂拉帕替尼（Lapatinib）的临床应用在HER-2过表达的乳腺癌患者（约占全部乳腺癌患者的20%-25%）中，Lapatinib单药一线治疗的有效率为28%另外，Trastuzumab分子较大，无法通过血-脑屏障，因此无法治疗乳腺癌的脑转移灶，而小分子的Lapatinib则能通过血-脑屏障，在一定程度上缩小乳腺癌的脑转移灶因此，Lapatinib已成为单抗治疗无效的HER-2阳性晚期乳腺癌患者的治疗新药。拉帕替尼（Lapatinib）的主要不良反应最常见的不良反应有腹泻、恶心、呕吐、皮疹、虚弱、厌食及便秘等，症状严重程度大多属于I、II级，III、IV级不良反应较为罕见，以及有轻微的心脏毒性，但无明显的血液系统毒副作用。重组人源化单抗贝伐单抗（Bevacizumab）临床应用随机III期临床试验已证明将NSCLC患者随机分为接受一线化疗药物联合Bevacizumab单抗的治疗组与不联合Bevacizumab单抗的对照组，结果发现联合Bevacizumab单抗治疗组的有效率明显高于对照组（27%vs10%），其无进展生存期和稳定期也都显著优于对照组，总生存期从10.2个月提高到12.5个月联合以5－氟脲嘧啶为基础的化疗方案，可用于转移性结直肠癌、晚期NSCLC的治疗。

bFGF,basicfibroblastgrowthfactors;EGF,epidermalgrowthfactor;IGF,insulin-likegrowthfactor;IL,interleukin;PDGF,platelet-derivedgrowthfactor;VEGFR,VEGFreceptor.1.DvorakHF.JClinOncol.2002;20:4368-4380;2.EbosJM,etal.MolCancerRes.2002;1:89-95;3.FerraraN,etal.NatMed.2003;9:669-676.Genesimplicatedintumorigenesis(p53,p73,src,ras,vHL,bcr-abl)Growthfactors,hormones(EGF,bFGF,PDGF,IGF-1,IL-1

,IL-6,estrogen)Environmentalfactors

(hypoxia,pH)IncreasedVEGFlevelsVEGF:AKeyMediatorofAngiogenesisPPPPANGIOGENESISSurvivalProliferationMigrationPLCFAKPI3-KRasIP3PKCAKTPaxillinMAPKANGIOGENESISSurvivalProliferationMigrationPLCFAKPI3-KRasIP3PKCAKTPaxillinMAPKVEGFVEGFRbindingandactivationEndothelialcellactivationVEGF:AKeyMediatorofAngiogenesisTheVEGFFamilyandItsReceptorsNeufeldG,etal.FASEBJ.1999;13:9-22.VEGFR-3(Flt-4)VEGFR-2(Flk-1/KDR)VEGFR-1(Flt-1)AngiogenesisLymphangiogenesisAngiogenesisLymphangiogenesisPIGFVEGF-AVEGF-BVEGF-CVEGF-DTargetingVEGF:

TheBevacizumabStoryPPPPVEGFBevacizumabVEGFBevacizumabPPPPVEGFActivationBLOCKEDTargetingVEGF:

TheBevacizumabStoryVEGFTrapPPPPVEGFTrapVEGFTrapVEGFTrapVEGFTrapFcportionPPPPVEGFVEGFTrapVEGFTrapFcportionPPPPVEGFPPPPVEGFTrapVEGFActivationBLOCKEDVEGFTrapVEGFTyrosineKinaseInhibitionandVEG