几种细胞信号转导通路
(1)MAPK信号转导通路
MAPK信号转导通路中的级联激活是多条分支通路的中心。MAPK信号转导通路普遍存在于真核细胞中,是一系列激酶促级联反应中重要的一环,它将多种细胞外刺激信号从细胞膜转导到细胞内,与其他信号转导通路协同作用,使细胞对外界环境做出合适的反应,参与细胞生长、增殖、分化及凋亡等重要生理过程的调控。
细胞外的刺激信号经过适当的中间环节转导后,激活丝裂原活化蛋白激酶激酶的激酶(MAPKKK),再激活MAPKK,MAPKK能催化磷酸化MAPK的苏氨酸和酪氨酸残基使之活化,然后再进一步活化其他下游靶基因。目前的研究将MAPK分成4个亚族,前3个亚族分别是细胞外信号调节激酶(ERK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)。ERK5虽然在结构上与典型的ERK有同源性,但其上游的MEK和下游的磷酸化底物存在很大差别,被单独列为第4个亚组。MAPK信号转导通路各有特点,它们与其他多种细胞内信号通路如PKC、TGF-β等相互作用。在不同的细胞中,不同类型MAPK亚类间信号的整合和协同可产生不同的甚至完全相反的生物学效应,确保细胞反应的精确性和准确性,以适应不同的外界环境变化(图14-3)。
(2)JAK-STAT信号转导通路
JAK-STAT信号转导通路通过JAKs激活STAT来影响基因的转录调控。JAK激酶是一类在细胞因子信号转导中起重要作用的非受体酪氨酸激酶。JAK激酶激活后可激活其下游的信号蛋白分子——信号转导和转录激活因子,进行细胞内信号传递。

图14-3 MAPK信号转导通路示意图(https://www.daowen.com)
目前发现的JAK激酶家族包括JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2。STAT因子家族包括Stat1、Stat2、Stat3、Stat4、Stat5a、Stat5B和Stat6。JAK-STAT通路的激活依赖于某些细胞因子和其他配体与它们相应的受体结合,引起受体的构象改变,然后激活与受体相关的JAK激酶家族成员。JAK激酶的活化依次引起特异性的受体酪氨酸残基磷酸化和相应的STAT因子磷酸化,从而激活STAT因子。激活的STAT蛋白从受体上游离,并在细胞质中形成二聚体。该二聚体进入细胞核内与GAS增强子家族成员相结合,诱导靶基因表达。有很多细胞因子可以激活JAK-STAT信号转导通路,包括干扰素家族和IL-6细胞因子。
(3)Wnt信号转导通路
Wnt信号转导通路由Wnt蛋白、相应受体及调节蛋白等成分构成。Wnt蛋白及其受体调节蛋白等共同构成复杂的Wnt信号转导通路,调控细胞的增殖、分化,参与包括哺乳动物的脑、心血管、肺和生殖器官发育等在内的多个发育过程。Wnt分泌蛋白家族、Frizzled穿膜受体家族、蛋白Dishevelled(Dsh)、糖原合成酶激酶3(GSK3)、APC、Axin、β联蛋白及TCF/LEF家族转录调节因子等构成Wnt信号转导通路的经典途径。
在细胞内,有一个由GSK3、APC、Axin和β联蛋白组成的蛋白复合物调控β联蛋白的活性。缺乏Wnt信号时,β-联蛋白会被该蛋白复合物磷酸化,继而被蛋白酶体降解。当Wnt信号通过细胞表面7次穿膜受体Frizzled的家族成员激活胞质Dsh蛋白后,可以抑制由GSK3、APC、Axin和β联蛋白组成的蛋白复合物的活性,使β联蛋白免于磷酸化而不被降解,导致它们在胞质内积聚,并且易位到核内与转录因子TCF家族成员结合,促进靶基因的表达,产生生物学效应。Wnt信号转导通路异常激活参与多种人类肿瘤的发病过程,例如,β-联蛋白的致癌性突变、APC的失活性突变等,均可导致Wnt途径的异常活化和胃肠道肿瘤的发生。
(4)TGF-β信号转导通路
TGF-β信号转导通路通过细胞内信号分子Smad将细胞外信号转导到细胞核内。转化生长因子-β家族(transforming growth factor-β,TGF-β)是一类在结构上相似的分泌型多肽生长因子,有近30种成员,包括TGF-β、BMP、activin等多个亚家族。TGF-β家族分子在合成后被分泌到细胞外,其活性形式大多为二聚体。经典的TGF-β信号转导通路需要Smad分子作为细胞内信号分子,将细胞外的TGF-β信号转导到细胞核内。根据功能不同,细胞内的Smad分子可分为三类:受体激活型Smad(R-Smad,包括Smad1/2/3/5/8)、通用型Smad(Smad4)和抑制型Smad(Smad6/7)。TGF-β与细胞表面的受体结合,使受体活化,活化的受体进一步磷酸化细胞内的R-Smad分子。磷酸化的R-Smad分子在细胞质内与Smad4组合成复合体,转运到细胞核内,发挥转录因子的作用,调控下游靶基因的表达。Smad分子由MH1和MH2两个结构域以及连接它们的铰链区构成。MH1结构域具有DNA结合能力,MH2结构域可与其他多种转录因子相互作用。由于细胞的生理状态和分化情况不同,在不同的细胞中,相同的TGF-β信号可以引起截然相反的调节作用。TGF-β还可以激活包括MAPK信号转导通路在内的其他信号通路,共同调节细胞的生命活动,在控制细胞生长、增殖、分化以及个体与器官发育过程中起重要作用。