受体的信号转导（二）

 
一、催化受体的信号转导
      催化受体超家族是细胞膜表面的一次跨膜蛋白，受体的配体结合结构域和功能结构域在同一条多肽链上。受体天然状态下通常是二聚体。内源性配体多为肽或蛋白质，配体与受体结合引起受体的进一步多聚化，进而启动下游信号转导。
1.酪氨酸激酶受体    酪氨酸蛋白激酶（protein tyrosine kinase， PTK）可分为两大类，一类是受体型 PTK[也称为酪氨酸激酶受体(RTK），另一类是位于胞质或与质膜相连的非受体PTK。 RTK有50多种，结构上都有一个胞外的配体结合域，是与配体特异性结合的结构基础；一个跨膜域和C-端的细胞内结构域。胞内 ATP 结合结构域具有高度保守的酪氨酸蛋白激酶活性，可催化受体自身磷酸化。ATP 结合区是胞质信号蛋白特异性结合的对接区，这些信号蛋白包含蛋白酪氨酸结合(protein tyrosine binding, PTB）结构域和 Src 同源区 2 ( Src homology 2，SH2）结构域，因而还是调节受体酪氨酸激酶活性及与底物特异性结合的关键区域。当配体与受体结合后，单体受体酪氨酸激酶基础活性很弱，形成同源/异源二聚体才具有激酶活性。这类受体形成二聚体有两种方式，有些配体本身就可诱导受体二聚化，如血小板源生长因子(PDGF ）受体、表皮生长因子（EGF ）受体等。这种配体结构上含有两个与受体结合的位点，因此一个配体可以交联两个与之相邻的受体而使受体二聚化。另一类配体，如成纤维细胞生长因子（FGF )，则借助辅助分子形成配体受体复合物的二聚体。酪氨酸激酶受体的信号传递方式主要有两种：蛋白磷酸化和蛋白质与蛋白质之间的相互作用。在受体发生酪氨酸磷酸化后，受体二聚体的细胞内结构城形成一个信号复合物（signaling complex )。磷酸化的酪氨酸部位有两种功能形式，一种是本身具有激酶活性，可使底物磷酸化；另一种是具有募集下游信号蛋白分子的作用，可与一些含SH2 结构域的接头蛋白结合，如 Grb2、c-Crk、Nck。 Grb2 的SH2 结构域能识别磷酸化的酪氨酸残基，并且利用 SH3 结构域同细胞内其他蛋白质结合。有的接头蛋白本身就具有酶活性，如胞质内的一些酪氨酸激酶 Src、Abl、 Ayk、Csk、 PLC_γ、 Ras-GAP 及磷酸酪氨酸蛋白等。
2. 丝/ 苏氨酸激酶偶联受体    丝/ 苏氨酸激酶是调控细胞内磷酸化共价修饰的最为主要的一类激酶。丝/ 苏氨酸激酶偶联受体也是一次跨膜受体，受体以二聚化形式激活后胞内段自身具有丝/苏氨酸激酶活性，进而使下游相应蛋白质的丝/苏氨酸位点磷酸化以转递信号。在哺乳动物，这类受体的主要配体是转化生长因子βB(TGFβ)超家族。TGFβ超家族包括TGFβ、激活素(activin ）、抑制素(inhibin)、骨形态发生蛋白(BMP)、生长分化因子(growth ditferentiation factor, GDF）等多种亚族。这一家族成员在细胞增殖、分化、细胞外基质重构、胚胎发育和凋亡等方面起着重要作用。目前研究最多的是TGFβS，包括 TGFβ1~ 6。 TGFβ1~3都是哺乳类TGFβ 亚型，其中TGFβ1 和TGFβ2、TGFβ1和 TGFβ3、TGFβ2 和TGFβ3 的氨基酸序列一致性分别为71%、76% 和80%。正常细胞产生的 TGFB 配体通常都以无活性形式存在，即潜在TGFβ，以非共价键与潜在相关肽 (latency-associated peptide, LAP）连接，和潜在 TGFβ结合蛋白(latent TGFB binding protein, LTBP )形成一个大潜在复合物 (large latent complex,LLC)。 TGFβ 激活过程包括LLC 从细胞外基质的释放，继而LAP 的蛋白水解，从而释放激活的 TGFβ。基质金属蛋白酶 2（ MMP2）是己知的可以剪切潜在TGFβ的酶。血小板反应蛋白 1 (thrombospondin 1,  TSP1）可激活潜在TGFβ。 另外，在机械牵张力的作用下，整合素α_Vβ₆可以通过与LAP 上的RGD 基序结合，促进成熟 TGFβ从潜在复合物中释放出来，进而激活TGFβ 受体。蛋白水解酶剪切、与整合素相互作用以及局部环境 pH 值的改变都可激活潜在TGFβ，释放激活的 TGFβ。
      TGFβ 家族受体为单次跨膜结构，胞质区含具有丝/ 苏氨酸激酶的催化结构域。该受体超家族根据结构和功能特点分为三类：TGFβⅠ、Ⅱ及Ⅲ型受体。其中，TGFβ主要与Ⅰ、Ⅱ型受体结合发挥效应，共发现有7种Ⅰ型受体[亦被称为激活素受体样激酶 (activin receptor-like kinase， ALK )]和5种Ⅱ型受体。而Ⅲ型受体[被称为辅助受体 (auxilliary co-receptor )〕 也是跨膜糖蛋白，包括内皮糖蛋白（endoglin）和β-多糖（β-glycan），它们缺乏丝/苏氨酸激酶活性，主要调节 TGFB 与其受体的结合。β-多糖可与TGFβ1~3结合，促进配体更有效地与 TGFβⅡ型受体结合。然而在有的细胞类型，如猪肾LLC-PK1 细胞中，β-多糖可抑制 TGFβ I 型和Ⅱ型受体形成受体复合物，从而抑制TGFβ信号通路。可见β-多糖在受体水平调节 TGFβ 信号通路具有细胞类型选择性。内皮糖蛋白主要在造血细胞和内皮细胞表达，不与TGFβ2 结合，但与TGFβⅠ型和Ⅱ型受体均有相互作用。TGFβI 型和Ⅱ型受体由三个不同区域组成：N端胞外配体结合区域、跨膜区域和C端丝/ 苏氦酸激酶区域。TGFBI型受体包含特异性的SGSGSG 序列，即GS结构域，可以被TGFβⅡ型受体磷酸化而激活。有活性的 TGFβ为同源二聚体形式，首先与膜表面的TGFβⅡ型受体结合，促进TGFβⅡ型受体同源二聚体形成，诱导受体发生构象变化，从而与I型受体形成异源四聚体。由于Ⅱ型受体的酪氦酸激酶活性属于结构型激活，因此它可以使I型受体的苏氨酸残基 GS 结构域发生磷酸化而激活自身丝氨酸/ 苏氨酸激酶活性，从而直接而快速地磷酸化下游蛋白分子受体激活型 Smad,与 Smad4 形成异源寡聚体后的 Smad 进入细胞核，行使转录因子的功能。
      Smad 蛋白家族，目前发现至少有8种，即Smadl ~8。在结构上由 3 部分组成：分别是保守的氦基端 MH1、羧基端 MH2 以及连接二者富含脯氨酸高度可变的绞链区。其中 MHI 是DNA 的结合区，MH2 是结合受体及转录因子的区域，中央绞链区具有多个磷酸化位点，受上游激酶的调控，例如 ERK 激活可以抑制 Smad蛋白的核转移。Smad 可分为 3 类：受体激活型Smad ( R-Smad )，如 Smadl、2、3、5、8；伴侣型 Smad ( Co-Smad)，即 Smad4；以及抑制型Smad，即Smad6 和7。抑制型 Smad 通过与Smad4 竞争性结合 R-Smad，抑制R-Smad 的激活。Smad 被磷酸化后可与 Smad4 结合形成异三聚体，携带信号转位进入细胞核内调节基因转录。Smad 激活通路称为经典的 SMAD 依赖通路。而TGFβⅠ型受体的激活，还可以激活其他丝氨酸/ 苏氨酸激酶，包括 MAPK、细胞外信号调节激酶(ERK ）、JUN N端激酶（JNK）、p38 丝裂原活化蛋白激酶 ( p38 MAPK )、TGFβ活化激酶 1 ( TGFβ activated kinase 1, TAK1）、磷酸肌醇3-激酶(phosphoinsitide 3-kinase）和AKT 等。这条通路称为 SMAD 非依赖或非经典通路。
二、GPCR 转位激活催化受体
      早在1996年，Daub 等人( Nature, 1996）发现多种GPCR 激动剂，如ET-1、溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA入凝血酶(thrombin）能够磷酸化并且激活 EGFR 及其下游信号分子ERK。应用EGFR 抑制剂 AG1478或者使 EGFR 负性突变后，GPCR 激动剂的这些作用能够被抑制。该研究首次提出转位激活（transactivation）的信号转导方式，即GPCR 通过激活一次跨膜的催化受体，启动后者下游信号转导途径，调节细胞生物学功能。转位激活的分子机制，目前比较公认的是配体依赖和非配体依赖两种途径。
      配体依赖的转位激活，由于信号的传递过程有3次跨膜，故而称为三次跨膜信号传递模式(triple membrane-passing signaling, TMPS)。这种转位激活方式依赖于有蛋白酶切作用的金属蛋白酶、基质金属蛋白酶（MMP）和解整合素-金属蛋白酶 (a disintegrin and metalloproteinase,ADAM )。当细胞膜上的 GPCR 激动后，通过某种途径激活金属蛋白酶，进而剪切催化受体配体的前体，如EGF 前体，促使 EGF 释放到细胞外，EGF 与细胞膜上的 EGFR 结合引起 EGFR 激活，进而引发信号级联反应，包括MAPK 信号通路、PI3K-AKT 通路和 STAT 通路，引发细胞生物学反应。依赖于 ADAM 和MMP 的 EGFR 转位激活已经在很多细胞类型申观察到，有多种 GPCR可以发生转位激活，如肾上腺素受体、血管紧张素Ⅱ受体、内皮素受体、血栓素受体等。
      非配体依赖的转位激活，是指 GPCR 激动后，引起下游信号分子激活，例如非受体酪氨酸激酶（Scr 和Pyk2）、Ca²⁺等，进而引起催化受体胞内功能域上的酪氨酸磷酸化，使酪氨酸激酶受体（如 EGFR ）激活继而启动后者的信号转导。