GC-cGMP- 蛋白激酶G信号转导通路

三、GC-cGMP- 蛋白激酶G信号转导通路

在发现cAMP后，1963年Goldberg在大鼠尿液中发现了cGMP。

（一）cGMP的生成

cGMP作为第二信使主要在平滑肌舒张、尿钠排泄、精子化学趋化、视黄醛光受体中发挥作用。催化其生成的酶是鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase，GC）（图12-14）。

（二）GC的类型

GC有两种类型：一种是膜结合型（membrane GC，mGC），另一种为胞质可溶型（soluble GC，sGC）。

膜结合型最初从海胆精子中纯化，是一种跨膜蛋白，氨基末端在膜外侧，是激素配体结合区；膜内侧约为多肽链的1／2，含有一个类蛋白激酶结构域以及羧基末端的催化区域。mGC分子一般通过胞外结构域之间形成同四聚体或三聚体而发挥作用。无配体存在时，类蛋白激酶结构域抑制催化结构域的活性，当配体结合到受体结构域后，mGC构象改变，引起两个催化结构域自身二聚化而被激活，催化GTP生成cGMP。哺乳动物mGC有6种亚型，分别是GCA～GC-F，其中GC-A、GC-B和GC-C比较常见。GC-A可通过被尿钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）及脑钠素（brain-type natriuretic peptide，BNP）激活来调节血压和使尿钠增加。sGC是异二聚体（α1和β1），含有血红蛋白辅基。每个单体具有1个GC催化结构域，其序列与mGC催化结构域相似，最近发现了另一个亚基——β2。这三种亚基在不同组织中表达，组装成多种异二聚体，可被气体分子NO、CO等气体分子激活，产生的cGMP通过与其靶蛋白相互作用调节各种生理活动。

（三）蛋白激酶G

cGMP最主要的靶蛋白是蛋白激酶G（protein kinase G，PKG）。

1．家族成员与共有序列 PKG是cGMP依赖性蛋白激酶，属丝／苏氨酸蛋白激酶家族，已发现PKGⅠα、PKGⅠβ和PKGⅡ三种，底物磷酸化位点的共有序列是RKXS／T或KRKKS／T。(https://www.daowen.com)

2．结构域 PKG有3个结构域（图12-15）：N端结构域、调节结构域和催化结构域。调节结构域含两个串联的cGMP结合位点；催化结构域含Mg2＋-ATP及肽结合部位，后者催化ATP的磷酸转移至底物蛋白的丝／苏氨酸残基，使其磷酸化。

3．生理功能 通过PKG介导对细胞蛋白质磷酸化的调节，发挥各种生理功能。例如，引起血管、气管、胃肠道等多种平滑肌的舒张；促进横纹肌对糖原的转运；增加多核白细胞的趋向性；触发神经元冲动的发放；增强白细胞溶酶体的释放和促进巨噬细胞释放组胺等。

（1）氨基末端的功能：较为复杂，主要有①二聚化：通过氨基末端的亮氨酸拉链区使PKG形成同二聚体，二聚体的形成是酶与底物结合所必需的。②激活与抑制调节：当cGMP哺乳动物中水平较低时，氨基末端的自身抑制区与催化中心结合并发生磷酸化，从而抑制底物的磷酸化。而调节结的构域的两个cGMP结合位点与cGMP结合后，PKG构象改变，解除氨基末端对催化中心的抑制，催化底物磷酸化。③靶向结合：如PKGⅠ的氨基末端乙酰化，并与不同的蛋白质相互作用，靶向定位于不同的亚细胞结构。

（2）气体信号分子的功能：NO是气体信号分子，可通过胞内Ca2＋信号和GC-cGMP-PKG信号转导通路调节多种生理过程，如血管舒张、血小板凝集及介导兴奋性神经传导等。当血管内皮细胞受化学物质如乙酰胆碱等刺激时，细胞膜上Ca2＋通道开放，胞质Ca2＋浓度升高，通过CaM激活NOS，后者催化精氨酸生成NO。NO穿过内皮细胞膜扩散至周围血管平滑肌中，再通激活过sGC升高细胞内产生cGMP。cGMP通过PKGⅠ影响Ca2＋浓度及Ca2＋敏感性，引起血管平滑肌松弛（图12-16）。临床上常用的硝酸甘油等血管扩张剂，其作用机制就是这些药物能自发产生NO。另一种气体信号分子CO也能通过与GC的血红蛋白Fe2＋结合，激活GC，使细胞内cGMP浓度升高，产生与NO相同的效应。

（3）光受体调控：cGMP还可通过调控光受体特异性Na＋、Ca2＋通道的通透性介导视网膜光信号的传导；通过PDE介导cAMP调控水平等。