收稿日期:2008
07 01 作者简介:刘顺会(1971 ),男,湖北荆州市人,博士,主要从事生物信息学研究。
基金项目:国家自然科学基金(30572124)、广东省科技厅(2004B31201001)、教育部科学技术研究重点项目(205116)、广东省自然科学基金(5002855)联合资助。 *广东药学院临床医学院
文章编号:1004 4337(2008)06 0641 06 中图分类号:R392 4 文献标识码:A
医学数学模型探讨
T 细胞受体信号转导通路的动力学分析
刘顺会 肖兰凤
*
黄树林
(广东药学院生命科学与生物制药学院 广州510006)
摘 要: 目的:建立T 细胞受体信号转导途径的动力学模型,通过模型仿真揭示T 细胞受体信号途径各分子间的动态调控过程,简要分析模型的动力学特性。方法:根据数据库KEGG 及相关中英文文献,提取T 细胞受体信号转导各条通路相关分子作用的方式及数量关系,利用M atlab 7.0的S imulin k 工具箱构建信号途径的动力学模型并仿真。结果:模型仿真结果与文献符合得较好,能够从数量上反映T 细胞受体信号转导途径中各分子间复杂的调控关系,并能通过模型仿真发现和验证该信号途径中的关键节点分子。结论:模型基本反映了T 细胞受体信号转导途径的动力学特征,可以作为后续的精确定量关系研究的基础。
关键词: T 细胞受体; 信号转导; 动力学模型
T 细胞特异性抗原或T CR/CD3的特异性抗体可引起T 细胞跨膜受体以及膜附近的其它信号分子的活化,并引起T 细胞形态改变、细胞因子分泌、细胞粘附性改变等免疫应答,从而调节T 细胞的增殖、分化或凋亡,该过程涉及一系列下游信号转导和基因表达调控。T 细胞活化时信号传递由T 细胞表面抗原识别受体(T cell receptor ,T CR)介导,外来信号经受体及相关蛋白传递给胞内的蛋白酪氨酸激酶,此后启动三条下游信号途径:一为磷脂酶C 1(Phospholipase C 1,PL C 1)介导的信号途径,二为Ras M A PK 途径,三为共刺激分子介导的磷酸肌醇激酶 3(PI3K)辅助信号途径。同时,为保持免疫应答的平衡,避免过度活化,T 细胞的活化过程还受到抑制性信号通路的调节,这些通路彼此交织,构成一个十分复杂的T 细胞活化调控网络[1]。
随着各种复杂的信号转导网络中各个分子通道的确定,如何从系统水平上定量地分析各信号转导网络的动态特征就成为当前系统生物学的研究重点。除各种并行、高通量的实验技术外,数学建模和仿真是另外一种研究复杂生化网络的强有力手段,比如在细胞代谢研究领域已经很广泛地利用数学模型分析具有多个调控环的代谢网络[2]。实践表明,通过建立生化网络的数学模型并进行计算机仿真能够拟合现有的实验数据,解释实验中观测到的现象,预测一些不能通过当前实验手段获得的结果,减少实验的强度和数量,并验证实验提出的可能机制。
本研究建立了T 细胞受体信号转导途径的动力学模型,通过模型仿真揭示了T 细胞受体信号途径各分子间的动态调控过程,并对模型的动力学特性进行了简要分析。1 材料与方法
1 1 T 细胞受体信号转导途径
T 细胞受体信号转导途径(图1)摘自K EG G 数据库(ht tp://ww w.g eno me.jp/keg g/)。本研究根据相关中英文文献,对图中涉及的信号转导相关分子之间的作用方式及数量关系进行了详细研究和确证,并据此定义整个信号转导途径的变量(包括自变量和因变量)和变量之间的关系。1 2 动力学建模
本研究采用S 系统方程(S system equations )[2]来描述信号转导的生化级联反应过程。对于含有n 个因变量X 1,X 2,!,X n (其数量随时间而变化)和m 个自变量X n +1
,X n +2,!,
X n +m (一般设定为某些不变常量)的生化级联反应系统,其动
力学时变方程可以表达为:
d X i /d t =V +i -V -i
i =1,2,!,n
(1)
式中X i 的生产函数V i +=V i +(X 1,!,X n ,X n +1,!,X n +m )和消耗函数V i -=V i -(X 1,!,X n ,X n +1,!,X n +m )是所有变量的函数,式(1)用S 系统方程可表达为:
d X i /d t = i n +m
j =1
X g ij j - i n +m
j =1
X h
ij j i =1,2,!,n
(2)
式(2)中 i 和 i ( i 、 i >0)分别表示生产函数和消耗函数的速率常数,g ij 和h ij 分别表示变量X j 在因变量X i 的生产和消耗过程中的动力学阶,其中g ij 或h ij >0表示X j 在X i 的生产或消耗过程中起"正"调控作用,反之,如果g ij 或h ij <0则表示X j 在X i 的生产或消耗过程中起?负#调控作用,而当g ij 或h ij =0时则表示X j 在X i 的生产或消耗过程中不起任何调控作用。
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No te:Based on K EG G database (ht tp://ww w.g enome.jp/kegg /)
图1 T 细胞受体信号转导途径
为简便起见,本研究以一个范例来概要整个建模过程。图2显示了经典的带有?正#?负#调控作用的信号级联反应过程。级联反应中前体X 3、X 4通过两步反应(比如磷酸化)衍生出活性产物X 1、X 2,其中上一级反应产物影响下一级反应。该级联反应由系统输入X 5启动,而当终产物X 2足够多时,则通过负反馈作用抑制X 1的生成,
从而整个过程得以减缓。
N ot e:!positive reg ulatio n;?neg etiv e regulation
图2 带有反馈的两步级联反应
该过程中X 1、X 2是因变量,而X 3~X 5则被认为是自变量,其动力学用S 系统方程可表达为:
d X 1/d t = 1X g 122X g 133X g 155- 1X h
111d X 2/d t = 2X g 211X g 244- 2X h 22
2(3)
X 3,X 4,X 5=常数
由于式(3)中前体X 3、X 4是常数,其对X 1、X 2生产函数的贡献可以分别归并为速率常数 1、 2,因此为避免估计更多参数,可以不考虑活性产物前体的作用(但又不影响分析结
果),式(3)可改写为:
d X 1/d t = 1X g 122X g 155- 1X h
111d X 2/d t = 2X g 211- 2X h 22
2(4)
与上述范例类似,本研究对T 细胞受体信号途径的动力学模拟一律不考虑活性产物的前体,而只研究活性产物受到的?正#?负#调控作用。事实上,图1所示即是不考虑前体分子的T 细胞受体信号转导途径。基于图1,本研究首先总结出影响每个因变量分子的生产和消耗函数的?正#?负#调控分子,然后依照范例所示建立其S 系统方程。1 3 参数估计
除了定性的数据,目前还没有文献提供T 细胞受体信号
转导途径中各分子间相互作用的数量关系。另一方面,本研究并非旨在对该途径的精确定量特征进行模型研究,而只是试图通过建立?数量级模型(or der of magnit ude model)#[2]来阐述模型结构的整个动力学性质,为从系统水平上进一步理解T 细胞受体信号转导途径奠定基础。因此,本研究采用前
人总结的经验来估计每一过程的速率常数和动力学阶的值。
实际上,对近年来的生化模拟系统所做的近1000次的动力学阶的分析表明,未受调节的过程其动力学阶常位于1或0.5,而受调节的过程其动力学阶通常要小一些。一般来说,?正#调控作用的动力学阶常处于0和1之间,而?负#调控作
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用的动力学阶常位于0和-0.5之间[2]。本研究对模型中未受调节的过程(一般为单变量)取动力学阶为1;而对于受调节的过程(表现为多个变量),?正#调控作用则采用动力学阶为0.5,?负#调控作用则采用动力学阶为-0.5。
速率常数一般对模型结果不是那么敏感,其大小既与具体的反应过程有关,也取决于时间单位[2]。由于本研究并非精确定量模型,故取各因变量分子的生产和消耗函数的速率常数为1。
各反应分子的初始浓度的确定,本研究采用了?相对浓度#的概念,以避免浓度量纲对模型分析的影响。所谓?相对浓度#,即是指某时刻反应分子的浓度与其达到稳态时的浓度的比值:相对浓度=瞬时浓度/稳态浓度。文中各自变量,由于其为系统外输入,启动或控制系统动力学过程之变量,故保持其相对浓度始终为一常数值1;而对于各因变量,由于皆为信号级联反应过程的产物,故取其相对浓度的初始值为0或无穷小(通常取1.0%10-10以避免模型运行中出现故障)。
1 4 模型运行
通过科学计算软件M atlab7.0的仿真平台Simulink工具箱对已经建立的T细胞受体信号转导途径的S 系统动力学方程进行模型的搭建、调试和仿真运行。仿真时间的设定以各因变量分子浓度达到其稳态浓度为上限。值得注意的是,由于各因变量分子浓度采用了?相对浓度#,无量纲,而且各因变量分子的生产和消耗函数的速率常数皆取值为1,因此仿真时间也只是一个相对概念,没有量纲。对模型分别进行两方面的研究:模型基本特征的分析;模型的稳定性分析。
2 结果
2 1 PL C 1介导的信号途径
2 1 1 CD45 CD45为T细胞中蛋白酪氨酸磷酸酶(PT P ase)的一个典型代表。研究发现,CD45可调节T细胞活化过程的一些起始关键酶如Lck、F yn的活性。对于L ck,其催化区含有两个可供调节的酪氨酸残基(tyr394和ty r505), tyr394是一自身磷酸化位点,可通过自身磷酸化作用使Lck 激酶活性上调;而t yr505的磷酸化则可使Lck激酶活性下调。当T CR/CD3识别抗原后,已知两种分子参与了ty r505的调节过程:&CD4/CD8胞内段具有蛋白酪氨酸磷酸酶活性,可以通过介导ty r505的去磷酸化来提高L ck激酶活性;?CD4/ CD8和CD45发生共凝集,导致与CD4/CD8分子胞内段相连的L ck的T yr505位点受到CD45去磷酸化而被激活。同时, CD45也可能导致了与CD3相连的F yn的酪氨酸残基去磷酸化而被激活[12]。模型结果(图3A)显示,CD45经细胞外分子激活后,活性浓度迅速上升,与共受体CD4/CD8一起通过去磷酸化激活L ck,同时也通过去磷酸化激活F yn,导致L ck和Fyn的活性浓度迅速上升到高位,从而激活Z AP 70的下游级联。
2 1 2 ZA P 70 研究发现,当抗原或抗体与T CR/CD3特异结合后,CD3分子胞浆区的免疫受体酪氨酸活化基序(Immu nor ecepto r ty rosine based act ivation motif,IT A M)可被已活化的Sr c家族酪氨酸激酶L ck和Fyn磷酸化,成为SH2结构域的高亲和力结合位点,与含有SH2结构域的蛋白,如蛋白酪氨酸激酶ZA P 70相互结合。同时,由于与T CR/CD3紧邻的CD4/CD8分子的胞浆部分与L ck相联,因此L ck可就近使ZA P 70磷酸化促使其活化[3],活化的Z AP 70可使含SH2结构域的接头蛋白L AT和SLP 76磷酸化[4]。模型结果显示(图3A~B),T CR/CD3在与抗原或抗体结合后,由于受到L ck和F yn磷酸化激活,使得其活性浓度迅速升高,从而与ZA P 70相互结合,而结合后的ZA P 70随即被L ck磷酸化而活化,活性浓度也随即上调,Z AP 70进而通过磷酸化而活化其下游分子LA T和SLP 76,导致L AT和SL P 76活性浓度也随之上升。
2 1
3 SL P 76 SL P 76包括一个酸性的N末端区,该区包含三个酪氨酸磷酸化位点(T y r 113,T yr 128,T yr 145)。磷酸化后,这些位点能结合V A V、NCK和IT K的SH2区[4]。SL P 76中部含有脯氨酸富集区和精氨酸富集区,前者与P LC 1组成性结合,后者与GR B2相关的下游接头蛋白G A DS关联,从而形成SL P 76信号转导复合体[4]。模型结果也是如此(图3A~C),SL P 76活性浓度的上升导致其募集的分子(包括V A V、N CK、IT K、G AD S和PL C 1)的浓度增加。
上述信号转导复合体中,IT K主要作用于:&P LC 1的激活;?响应T CR刺激,通过激活V AV Rho/Cdc42途径调节细胞骨架肌动蛋白重组[5]。而N CK则通过激活PA K参与另外一条途径调节细胞骨架肌动蛋白重组[5]。模型结果显示(图3B~C),活性上调的IT K通过磷酸化分别活化PL C 1和V A V,导致两者活性浓度增加,而活化的V A V则促进R ho/ Cdc42活性上调;同样,活性上调的NCK则刺激PA K的活性浓度增加。活性浓度上升的Rho/Cdc42和PA K分别参与调节细胞骨架肌动蛋白的重组。
2 1 4 L A T L A T是一种跨膜支架蛋白,磷酸化的L AT结合三个蛋白分子:G ADS、P L C 1、GRB2。完成下列功能:& GA DS和SL P 76结合到LA T复合体上,促进SL P 76磷酸化;?G RB2连接SO S到L A T复合体上,介导R as M AP K途径;(PL C 1和L A T结合导致PL C- 1的磷酸化[4]。模型结果显示(图3B~C),活性上调的L AT导致其募集的分子GA DS、PL C 1、GRB2的活性浓度增加。需要指出的是, GA DS和PL C 1的活性上调是L A T、SL P 76和IT K等信号分子共同作用的结果。
2 1 5 P LC 1 活化的P LC 1重新定位后即可水解胞膜上的底物磷脂酰肌醇二磷酸PIP2,产生三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DAG)[1]。IP3可开放胞膜Ca2+通道和胞内钙储备,导致胞质内Ca2+浓度升高和依赖于Ca2+/钙调素(CaM)的钙调磷酸酶(CaN)的活化,活化的CaN使转录因子N FA T 去磷酸化而被活化,活化的N FA T移入细胞核内与核内多种转录因子协同作用,激活I L 2、IL 4、T N F 等基因的转录。DA G可使蛋白激酶C!(P KC!)结合到胞膜内侧面,在磷酯酰丝氨酸的协同作用下,P KC!自身的三个位点被D AG磷酸化后激活[6]。模型结果显示(图3C、3D、3F),随着P LC 1活性
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浓度的上升,IP3和D AG的浓度也以同样趋势变化。浓度上调的IP3导致Ca2+浓度的上升,进而刺激CaN活性上调,而NF A T也随CaN活性浓度的上升而上升,导致IL 2、IL 4、T N F 等基因产物的逐渐增加。同时,浓度上调的DAG对PK C!进行磷酸化,导致后者活性浓度的上升。
2 1 6 N F?B BCL 10、CA RM A1和M A LT1是P KC!与NF?B上游调节复合物IK K之间的信号分子,三者通过共有的CAR D结构域构成复合物并锚定于T CR/CD3信号复合体附近。活化的PK C!可激活该复合物,而后者使IK K( // )复合物磷酸化而活化,随后I?B丝氨酸残基被IK K复合物磷酸化后经泛素标记而降解,使N F?B从I?B上释放出来,NF?B 移位入核,启动目的基因转录[1]。模型结果表明(图3D、3F),随着PK C!活性浓度的上升,复合物BCL 10/CA RM A1/ M A L T1的浓度也以同样趋势上升,随后该复合物活化IKK ( // )复合物导致其活性浓度增加,进而磷酸化I?B,使其磷酸化产物上调,从而使得N F?B从I?B上释放而活化,而随着N F?B活性浓度的增加,导致IL 2、IL 4、T N F 等基因产物的
逐渐增加。
No te:'Relative concent ratio n'=Instantaneo us concentr ation/St eady state concent ratio n,no unit.Simulation'T ime'is also
a relat ive concept,no unit.
图3 T细胞受体信号转导途径动力学模型仿真结果(A、B、C、D、E、F分别显示了42个因变量分子相对浓度随时间的动态变化)
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2 2 Ras M A PK途径
Ras是位于细胞膜胞质面的GT P结合蛋白,是关键性的细胞生长调节剂。Ras蛋白要释放GDP,结合G T P才能被激活,而GDP的释放需要鸟苷酸交换因子(GEF,如RasGR P1、SO S)参与。RasG RP1只表达于T细胞,成为连接T CR PL C 1 DA G途径和Ras信号途径的中介;SOS则通过接头蛋白GRB2从胞质中移位至细胞膜的胞质面,接近膜结合的R as,从而活化Ras。Ras活化后可启动下游M AP K信号级联,导致转录因子A P1的活化,从而调节基因表达[7]。模型结果显示(图3D、3F),DA G和SO S分别经上游分子激活后,活性浓度迅速上升,导致关联分子RasGRP1的浓度以同样趋势上升,随后激活Ras,使其活性浓度也随之增加,进而启动M A PK信号级联,使M A PK信号上调,最后激活转录因子AP1,而随着A P1活性浓度的增加,导致IL 2、IL 4、T N F 等基因产物的逐渐增加。
2 3 PI3K辅助信号途径
肽竞争抑制实验表明,CD28分子聚集后导致其胞浆区基序YM NM中T y r173的磷酸化,继而结合并激活PI3K[8]。PI3K在胞内主要催化PI P2生成P IP3。下游信号分子A K T 的PH结构域与PI P3相互作用,由于两者的高亲和力而使AK T向胞膜募集,在PDK1催化作用下磷酸化而被充分激活。活化的A KT对COT磷酸化,而CO T进而激活N IK,后者使IK K( // )复合物磷酸化而活化,随后I?B丝氨酸残基被IK K复合物磷酸化后经泛素标记而降解,使N F?B从I?B 上释放出来,NF?B移位入核,启动目的基因转录[1]。最近发现另外一个共刺激分子I CO S,在ICO S的胞浆区181 184位氨基酸残基之间有一个序列为Y M F M的基序,该基序与CD28和CT LA 4胞浆区的Y M N M基序类似,也可以通过PI3K向下游传递活化信号[9]。模型结果显示(图3D~F), CD28和ICOS分别经细胞外配体分子激活后,活性浓度迅速上升,导致P I3K的浓度以同样趋势上升,活化的PI3K产生大量PIP3,从而募集AK T和PDK1,随后PDK1使A KT磷酸化而活化,导致AK T活性浓度逐渐增加,进而激活COT和NIK,使其浓度上调,最后通过NIK激活IK K( // )复合物导致其活性浓度增加,进而磷酸化I?B,使其磷酸化产物上调,从而使得N F?B从I?B上释放而活化,而随着N F?B活性浓度的增加,导致I L 2、IL 4、T N F 等基因产物的逐渐增加。
2 4 抑制性信号途径
2 4 1 CT L A 4和PD 1 为保持免疫应答的平衡,避免过度活化,T细胞的活化过程受抑制性受体信号的调节。与CD28分子具有高度同源性的CT L A 4,其配体也是B7。当T细胞激活后呈上调性表达,该分子与B7结合的亲和力大于CD28分子的20倍,从而竞争性地与AP C细胞表达的B7结合,启动抑制性信号[10]。与CT L A 4/B7一样,PD 1/P D L相互作用亦提供T细胞活化的抑制信号,而且它们都通过SHP1发挥抑制作用[11]。CT L A 4和PD 1胞浆区的IT IM(immunore ceptor tyr osine based inhibitor y mot if)酪氨酸残基磷酸化后可与酪氨酸磷酸酶SH P1羧基端的SH2结构域结合并激活SH P1,SHP1通过脱磷酸作用对信号转导进行负调控。SHP1可使CD3#和ZA P 70上磷酸化后的酪氨酸位点脱磷酸而失活,从而抑制T CR信号的级联。从模型结果(图3A)可见, CT L A 4和P D 1分别经细胞外配体分子激活后,活性浓度迅速上升,导致SH P1的浓度以同样趋势上升,而活性上调的SH P1使CD3和ZA P 70活性浓度从高位逐渐下降到稳态值。
2 4 2 CBL 泛素连接酶CBL主要通过介导一系列已活化的酪氨酸激酶的泛素化降解途径来发挥其负性调节作用。实验证实CBL可以下调Lck、F yn、Z A P 70的活性[1,12]。模型结果(图3A)显示,随着L ck和F yn的活性浓度迅速上调,受到L ck激活的ZA P 70的活性浓度也迅速上升到高位,随后高活性浓度的L ck、Fy n和ZA P 70受到CBL介导的泛素化降解途径的抑制,从而使其活性浓度从高位逐渐下降,回归其稳态浓度。
3 讨论
本模型采用S 系统方程来描述,其模型结构具有不变性、简单性的特征,同时,S 系统能够准确有效地处理各种生化系统变量在稳态附近的动态变化。事实上,即使当变量浓度偏离稳态10或100倍时(远大于体内变量典型的变化范围),S 系统方程仍然优于其他系统方程,能够高度准确的进行模拟[2]。本模型对各初始相对浓度在0~100之间的变动范围内对模型进行了稳定性分析。结果表明,当42个因变量分子初始相对浓度在0~100之间单独变化时,在模型仿真的有效时间内,所有42个因变量分子的相对浓度除了中间过程有起伏变化外,最终都回归为1,即回归为其稳态浓度(结果没有在本文显示),这表明本模型结构是稳定的,与真实的T细胞受体信号途径对内外扰动的稳定响应特征相符。
S 系统方程的参数只有两类:速率常数和动力学阶。虽然目前尚不能获取T细胞受体信号途径的相应参数,但这并不能防碍我们通过S 系统模型来分析该途径信号转导的主要特征。事实上,基于以往的经验性参数估计方法,S 系统为我们提供了很好的?数量级模型#来阐述信号转导的整个动力学性质。从上述模拟结果也可看出,所有因变量分子的浓度,不管其中间过程如何变化,最后都回归为稳态浓度,符合典型的生化?自稳#特点,表明本模型的结构和参数估计能够描述T 细胞受体信号途径的基本特征,可以作为下一步精确定量模型的基础。
值得注意的是,在模型运行过程中,我们发现ZA P 70的相对浓度的变化要比其他分子表现剧烈得多。如图3A所示, ZA P 70的相对浓度首先出现一个?脉冲#式的快速升高过程,然后逐渐回落到稳态值,并导致其下游与之关联的分子如SL P 76、L A T等也出现类似的动态变化(图3B)。从图1可以发现,Z AP 70是T细胞受体信号转导通路上游的关键?节点#分子,它同时受到?活化(正)#和?抑制(负)#调节,但是?正#?负#调节的?力度#却随时间此消彼长。显然,T细胞要完成活化这一生理过程,最初必须使?正#调节处于绝对优势,从而?打通#整个信号通路,而关键?节点#分子活性浓度的迅速上
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调是?打通#整个信号通路的重要保证。随着信号转导的正常进行,?负#调节的?力度#则逐渐加强,导致?节点#分子浓度的适当下调(回归到稳态值),其结果使得T细胞活化过程在可控的程序下进行。另一方面,上述现象也提示我们,通过动力学模型仿真发现信号通路的某些关键?节点#分子可能是寻找治疗药物分子靶标的一种途径。
另外,本模型的搭建和仿真基于一个?人为#的假定,即T 细胞受体信号转导通路的各个途径都是同时?在岗#的。该假定虽然武断,但有助于模型结构的正确搭建和对模型动态基本特征的分析。事实上,通过Simulink仿真平台可以很方便地启动或关闭特定的通路,因此可以灵活运用于今后种种实际的T细胞受体信号途径的研究。
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Dynamic Analysis of T C ell Receptor Signaling Pathway
Liu Shunhui,et al
(College of L if e S ciences and B iop harmaceutics,Guangdong P harm aceutical University,Guangz hou 510006)
Abstract Objective:T o develop and simulate a dy namic model dealing w ith the quantitatively regulato ry relationship betw een interacting molecules inv olved in T cell receptor sig naling pathw ay and analy ze the dy namic traits of the m odel.Methods:Based o n KEGG database and related literatures in English and Chinese, the interaction mode and quantitative r elationship of the r elated mo lecules involv ed in T cell r eceptor sig na ling pathw ay w ere extracted.By using'S imulink'to olbox o f M atlab7.0,a dy namic model of T cell receptor signaling pathw ay w as developed and simulated.Results:M odel sim ulation results w ere in accord w ith the literatur es,and can reflect quantitativ ely the co mplex regulato ry relatio nship betw een interacting molecules invo lved in T cell r eceptor signaling pathw ay.In additio n,model simulatio n can help us find and identify the key mo lecule in this signaling pathw ay.C onclusion:The model has g enerally reflected the dynamic character istics of T cell r eceptor signaling pathw ay,and can be used as the basis for the follow up study on the precise quantitative relatio nship.
Key words T cell recepto r;signal transduction;dy namic mo del
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1 JAK-STAT 信号通路 1) JAK 与STAT 蛋白 JAK-STAT 信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体( tyrosine kinase associated receptor ) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT 信号通路来传导信号，这包括白介素2?7 (IL-2?7 )、GM-CSF (粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH (生长激素)、EGF (表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN (干扰素)等等。这些细胞 因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK 的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK 的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK ( Janus kinase ) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体( receptor tyrosine kinase, RTK )，而JAK 却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK 是英文Janus kinase 的缩写，Janus 在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定 SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域(JAK homology domain, JH )，其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3) 转录因子STAT ( signal transducer and activator of transcription ) STAT 被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性 的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具 有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“ GTFLLRFSS ”。 2) JAK-STAT 信号通路 与其它信号通路相比，JAK-STAT 信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残 基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位
Ｔｏｌｌ样受体信号通路的研究进展 摘要Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)是近年来发现的一类模式识别受体，通过识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)激活天然免疫。而髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)是TLR信号通路中的一个关键接头分子，在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。本文对Toll样受体、髓样分化因子88的分子结构和基本功能，及Toll样受体的信号传导通路进行了综述。 关键词Toll样受体；髓样分化因子88；信号通路；负调控机制 免疫系统识别“非我”和“自我”的过程是依赖于不同的受体来完成的,作为先天性免疫系统的重要组成部分及连接获得性免疫与先天性免疫的“桥梁”, TLRs 是生物的一种模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR),它主要通过识别病原相关分子模式PAMPs来启动免疫反应。而MyD88是Toll受体信号通路中的一个关键接头分子，是第一个被鉴定的含TIR结构域的接头蛋白分子，在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。 1TLR的结构与基本功能 Toll样受体一词来自对果蝇的研究,是决定果蝇背腹分化的基因所编码的一种跨膜受体蛋白,同时还参与果蝇的免疫反应,具有介导抗真菌感染信号转导的功能[1]。后来在哺乳动物也发现有与Toll受体同源的受体分子，统称为称为Toll 样受体TLRs。 TLRs是广泛分布在免疫细胞尤其非特异免疫细胞以及某些体细胞表面的一类模式识别受体，它们可以直接识别结合某些病原体或其产物所共有的高度保守的特定分子结构，即病原相关分子模式。迄今为止,已经发现哺乳动物至少有13种toll样受体,其中人的toll样受体鉴定出11种(TLR1-TLR11) [2]。TLRs识别的配基各不相同，其中TLR1-TLR5的结构已被确定,但只有TLR2与TLR4的功能被部分揭示。TLR4主要介导G-菌感染后LPS的信号转导,而TLR2主要介导G+感染后脂蛋白、脂多肽等的信号转导。它们都最终导致该转录因子的转位与相应免疫基因的活化而转录,释放前炎症因子及辅助刺激分子起到调节炎症反应的作用,从而提示TLRs可能在先天性免疫系统中起重要作用[3-4]。 TLRs家族成员具有相似的结构特征。它们均为Ⅰ型跨膜受体,由胞外区、跨膜区和胞内区3个功能区组成。胞外区序列差异大,是与配体结合的特异部位,主要包括十几至二十几个串联的富亮氨酸重复基序(leucine-rich repeats, LRRs),LRR
1 JAK-STAT信号通路 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor） 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase） 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase, RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAK homology domain, JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3) 转录因子STAT（signal transducer and activator of transcription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3
1 PPAR信号通路：过氧化物酶体增殖物激活受体( PPARs) 是与维甲酸、类固醇 和甲状腺激素受体相关的配体激活转录因子超家族核激素受体成员。它们作为脂 肪传感器调节脂肪代谢酶的转录。PPARs由PPARα、PPARβ和PPARγ 3种亚型组成。PPARα主要在脂肪酸代谢水平高的组织，如：肝、棕色脂肪、心、肾和骨骼肌表达。他通过调控靶基因的表达而调节机体许多生理功能包括能量代谢、生 长发育等。另外，他还通过调节脂质代谢的生物感受器而调节细胞生长、分化与 凋亡。PPARa同时也是一种磷酸化蛋白，他受多种磷酸化酶的调节包括丝裂原激活蛋白激酶( ERK-和p38．M APK) ，蛋白激酶A和C( PKA，PKC) ，AM PK和糖原合成酶一3( G SK3) 等调控。调控PPARa生长信号的酶报道有M APK、PKA和G SK3。PPARβ广泛表达于各种组织，而PPAR γ主要局限表达在血和棕色脂肪，其他组织如骨骼肌和心肌有少量表达。PPAR-γ在诸如炎症、动脉粥样硬化、胰岛素抵抗和糖代谢调节，以及肿瘤和肥胖等方面均有着举足轻重的作用， 而其众多生物学效应则是通过启动或参与的复杂信号通路予以实现。鉴于目前人 们对PPAR—γ信号通路尚不甚清，PPARs通常是通过与9-cis维甲酸受体( RXR)结合实现其转录活性的。 2 MAPK信号通路:mapk简介:丝裂原激活蛋白激酶（mitogen—activated protein kinase，MAPK）是广泛存在于动植物细胞中的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。作用主要是将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内，并引起细胞的生物化学反应（增殖、分化、凋亡、应激等）。 MAPKs家族的亚族 :ERKs（extracellular signal regulated kinase)：包括ERK1、ERK2。生长因子、细胞因子或激素激活此通路，介导细胞增殖、分化。 JNKs(c-Jun N-terminal kinase)包括JNK1、JNK2、JNK3。此亚族成员能使 Jun转录因子N末端的两个氨基酸磷酸化而失活，因此称为Jun N末端激酶(JNKs)。物理、化学的因素引起的细胞外环境变化以及致炎细胞因子调节此通路。P38 MAPKs：丝氨酸/络氨酸激酶，包括p38 α、p38β、p38γ、p38δ。p38 MAP K参与多种细胞内信息传递过程 ,能对多种细胞外刺激发生反应,可磷酸化其它细胞质蛋白,并能从胞浆移位至细胞核而调节转录因子的活性来改变基因的表达水平 ,从而介导细胞生长、发育、分化及死亡的全过程。 ERK5:是一种非典型的MAPK通路，也叫大MAPK通路，只有一个成员。它可被各种刺激因素激活。不仅可以通过磷酸化作用使底物活化，并且通过C端的物理性结合作用激活底物。 3 ERBB信号途径:ErbB 蛋白属于跨膜酪氨酸激酶的 EGF 受体家族成员。ErbB 的命名来源于在禽红白血病 B( v-Erb-B) 发现的 EGF 受体的突变体,因而 EGF 受体 亦称为“ ErbB1”。人源 ErbB2 称为HER2, 特指人的 EGF 受体。ErbB 家族的
干货细胞信号通路图解之MAPK通路【值得珍藏】 科研小助手原创，转载请注明来源。公众号内回复“Cell Signaling Pathway”获取全套信号通路图本文由百度贴吧nosce吧吧主黄杰投稿一、MAPK信号通路： （1）有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)是一族在真核生物中非常保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，在许多细胞活动中起作用，如生长增殖，细胞分化，细胞运动或死亡。MAPK级联信号传导由3 个不同层次的分子所组成。MAPK被MAPK的激 酶( MAPKK)磷酸化后激活，MAPKK被MAPKK的激酶(MAPKKK )磷酸化而激活。而MAPKKK通过与小GTPase 和/或其他蛋白酶相互作用而被激活，从而将MAPK和细胞 表面的受体以及胞外的信号联系在一起。 （2）许多参与生长和分化的受体都能够激活MAPK/ERK信号通路，比如说受体酪氨酸激酶(RTK)，整合素，和离子通道。响应特定信号所涉及到的具体分子会相差很大，但通路的结构是一致的，那就是接头分子(adaptor，如Shc, GRB2, Crk等)将鸟苷酸交换因子(SOS, C3G 等)和受体连接在一起，然后把信号向小GTP 结合蛋白(Ras, Rap1)传递，后者又激活核心的级联反应，这是由一个MAPKKK( Raf) ，一个MAPKK( MEK1/2)和MAPK( Erk)所构成的。活化的ERK 二聚体能调节胞浆中的目标分子，也可以转移到细胞核中，然
后对一系列转录因子进行磷酸化以调节基因表达。SciRes（3）很多外部的刺激都能够激活G蛋白偶联受体(GPCR)。在受体活化以后，G 蛋白将GDP 转换成GTP ，然后结合了GTP的α和β/γ亚基从受体脱离开，启动信号向胞内的传导。与不同亚型的异质三聚体G 蛋白结合的受体可以采取不同 的手段激活小G 蛋白/MAPK级联反应，至少有三个不同家族的酪氨酸激酶参与其中。Src家族激酶响应活化的PI3Kγ，而后者被β/γ亚基激活。它们还能够响应受体的内化，受体酪氨酸激酶的交叉活化，以及有Pyk2 和/或FAK参与的整 合素途径信号。GPCRs同样可以通过PLCβ去激活PKC 和CaMKII ，对下游的MAPK通路可以有激活或抑制的影响。SciRes（4）压力激活的蛋白激酶(Stress-activated protein kinase, SAPK)或称Jun氨基端激酶(Jun amino-terminal kinase, JNK) 是MAPK的家族成员，能被一系列的环境压力，炎症细胞因子，生长因子和GPCR激动剂所激活。压力信号通过Rho家族的小GTP 酶(small GTPase)向这条级联通路传导，这些小GTP酶包括(Rac, Rho, cdc42) 。和其他的MAPK情况一样，靠近膜的激酶是一个MAPKKK，一般 是MEKK1-4 ，或者是一个混合激酶去磷酸化并激活 MKK4(SEK)或MKK7，它们是SAPK/JNK的激酶。另外，MKK4/7也可以被生发中心激酶(germinal center kinase, GCK)以一种GTPase 依赖的方式激活。活化后的
cAMP信号通路 信号分子：1.激素 2.局部介质3.神经递质 受体：G蛋白偶联受体 胞内应答过程：激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录 举例：1.多发性骨髓瘤：通过调变细胞内环腺苷酸浓度可以诱导多种肿瘤细胞增殖阻滞和凋亡，成为肿瘤治疗新途径。 2.肝损伤：对乙酰氨基酚致药物性肝脏损伤可能与cAMP-PKA 信号通路有关。 3.研究人员已经确定了这其中的机制，现在，一种能抑制Epac的新的候选药物——称为ESI Epac特异性抑制剂，也已经被证明能够保护正常小鼠免受致命性立克次氏体感染。目前，研究人员正在设计第二代ESI——更有效，即使在最高剂量也无毒。也有来自预备试验的迹象表明，ESI能够保护动物抗击一些致命的病毒感染。 磷脂酰肌醇信号通路 信号分子：1.激素 2.局部介质3.神经递质 受体：酶耦联型受体 胞内应答过程：Ca2+活化各种Ca2+结合蛋白引起细胞反应，钙调素（calmodulin，CaM）由单一肽链构成，具有四个钙离子结合部位。结合钙离子发生构象改变，可激活钙调素依赖性激酶（CaM-Kinase）。细胞对Ca2+的反应取决于细胞内钙结合蛋白和钙调素依赖性激酶的种类。 IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca2+由质膜上的Ca2+泵和Na+-Ca2+交换器将抽出细胞，或由内质网膜上的钙泵抽进内质网 DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG-激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单酯酰甘油。由于DG代谢周期很短，不可能长期维持PKC活性，而细胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活性所产生的效应。现发现另一种DG生成途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生的DG，用来维持PKC的长期效应。 举例：1.肿瘤治疗：该通路调节肿瘤细胞的增殖和存活,其活性异常不仅能导致细胞恶性转化,而且与肿瘤细胞的迁移、黏附、肿瘤血管生成以及细胞外基质的降解等相关。 2.肝癌：PIK3R1在肝癌组织中表达上调,PIK3R1可能通过激活PI3K/AKT信号通路促进HepG2细胞的增殖. 生物技术15-1 曹文祥
Rheumatol Int DOI 10.1007/s00296-014-3137-5 Role of integrins and their ligands in osteoarthritic cartilage Jian Tian · Fang?Jie Zhang · Guang?Hua Lei Received: 25 May 2014 / Accepted: 17 September 2014 ? Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014 [1]. Radiographic evidence of OA occurs in the majority of people by 65 years of age, and among them about 80 % in people who aged over 75 years [2]. However, the pathogen-esis of this disease is not fully elucidated. Cartilage damage is one of the major pathological changes in OA. Articular cartilage is an avascular, a neu-ral, alymphatic, and viscoelastic connective tissue that functions autonomously to bear loads and provide almost friction-free movement of diarthrodial joints [3]. Chondro-cytes, the only cell population of adult articular cartilage, are strongly involved in maintaining the dynamic equi-librium between synthesis and degradation of the extra-cellular matrix (ECM) [4]. Collagens represent the major structural components of the articular cartilage. Cartilage is made up of two main ECM macromolecules: type II collagen and aggrecan, a large aggregating proteoglycan [5, 6]. Cartilage destruction is thought to be mediated by two main enzyme families: the matrix metalloproteinases (MMPs) are responsible for the cartilage collagen break-down, whereas enzymes from disintegrin and metallopro-teinase domain with thrombospondin motifs (ADAMTS) family mediate cartilage aggrecan loss [7]. Activation of biochemical pathways involves the production of proin-flammatory cytokines, inflammation, degradation of the ECM by MMPs and ADAMTS, and cessation of ECM syn-thesis via dedifferentiation and apoptosis of chondrocytes [8, 9]. Therefore, the ECM is a vital cellular environment, and interactions between the cell and ECM are important in regulating many biological processes, which include cell growth, differentiation, and survival [10, 11]. Cell–matrix interactions control cell function and behav-ior by signal transduction through a variety of cell sur-face receptors. The integrins are the major family of ECM receptors, which can transmit information from the matrix to the cell. Integrin binding of ECM ligands results in the Abstract Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease, which is characterized by articular cartilage destruction, and mainly affects the older people. The extracellular matrix (ECM) provides a vital cellular environment, and interactions between the cell and ECM are important in reg-ulating many biological processes, including cell growth, differentiation, and survival. However, the pathogenesis of this disease is not fully elucidated, and it cannot be cured totally. Integrins are one of the major receptors in chondro-cytes. A number of studies confirmed that the chondrocytes express several integrins including α5β1, αV β3, αV β5, α6β1, α1β1, α2β1, α10β1, and α3β1, and some integrins ligands might act as the OA progression biomarkers. This review focuses on the functional role of integrins and their extracellular ligands in OA progression, especially OA car-tilage. Clear understanding of the role of integrins and their ligands in OA cartilage may have impact on future develop-ment of successful therapeutic approaches to OA.Keywords Chondrocyte · Integrin · Fibronectin · Tenascin C · Osteopontin · Osteoarthritis · Cartilage Introduction Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease and is char-acterized by articular cartilage destruction along with changes occurring in other joint components including bone, menisci, synovium, ligaments, capsule, and muscles Rheumatology INTERNATIONAL J. Tian · F.-J. Zhang · G.-H. Lei (*) Department of Orthopaedics, Xiangya Hospital, Central South University, No. 87 Xiangya Road, Changsha 410008, Hunan, China e-mail: gh.lei9640@https://www.doczj.com/doc/5816490465.html,; lgh9640@https://www.doczj.com/doc/5816490465.html,
Toll样受体信号通路图 TLR家族成员(TLR3除外)诱导的炎症反应都经过一条经典的信号通路(图1)，该通路起始于TLRs的一段胞内保守序列—Toll/IL-1受体同源区(Toll/IL-1receptorhomologousregion，TIR)．TIR可激活胞内的信号介质—白介素1受体相关蛋白激酶(IL-1Rassociatedkinase，IRAK)IRAK-1和IRAK-4、肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNFR-associatedfactor6,TRAF-6)、促分裂原活化蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase，MAPK)和IκB激酶(IκBkinase，IκK)，进而激活核因子κB(nuclearfactorκB，NF-κB)，诱导炎症因子的表达。 Toll-liker Receptor Signaling 本信号转导涉及的信号分子主要包括： CD14，MD-2，TRAM，TRIF，TIRAP，MyD88，TLR1，TLR2，TLR3，TLR4，TLR5，TLR6，TLR7，TLR8，TLR9，IRAK-1，IRAK-2，IRAK-4，IRAK-M，TRAF6，TRIAD3A，ST2L，SOCS1，RIG-I，FADD，TOLLIP，RIP1，A20，UEV1A，Ubc13，ECSIT，MEKK-1，TAK1，
TBK1，MKK3/6，p38，TAB1/2，MKK4/7，JNK，IKKα，IKKβ，IKKγ，IKKε，NEMO，IκBα，NF-κB，p65/RelA，Casp-8，IRF-3，IRF-7，MA VS等
TOLL样受体7（TLR7）增殖分化信号通路论文 【提示】本文仅提供摘要、关键词、篇名、目录等题录内容。为中国学术资源库知识代理，不涉版权。作者如有疑义，请联系版权单位或学校。 【摘要】目的探讨TLR7的激活对HaCaT细胞增殖与分化的影响及其可能的机制。方法培养HaCaT细胞，以不同剂量的TLR7配体Gardiquimod经不同的时间体外刺激HaCaT细胞，MTT及流式细胞术分析TLR7的激活对HaCaT细胞增殖的影响。以不同剂量的TLR7配体Gardiquimod经不同的时间体外刺激HaCaT细胞，加入氯化钙诱导HaCaT细胞分化，Western-Blot分析HaCaT细胞的分化Markers（颗粒层：Keratin1，基底层：Keratin5和棘层：Involucrin）并以此分析TLR7的激活对氯化钙诱导HaCaT细胞分化的影响。 Western-blotting分析TLR7在HaCaT细胞中激活的信号通路 PI3K-AKT和RAS-MAPK等。在TLR7配体Gardiquimod处理HaCaT细胞前1h，分别加入特异性阻断剂(PD98059及LY2940002)阻断TLR7配体Gardiquimod激活的相关信号通路，然后分析阻断剂对TLR7配体Gardiquimod调控HaCaT细胞增殖及分化影响，从而探讨PI3K-AKT 和RAS-MAPK信号通路在TLR7配体Gardiquimod对HaCaT细胞增殖及分化调控中的作用。结果MTT及流式细胞分析结果显示：TLR7配体Gardiquimod促进HaCaT细胞增殖，且具有时间及剂量依赖性；TLR7配体Gardiquimod能够抑制氯化钙诱导的HaCaT细胞分化markers （Keratin1及Involucrin）的表达，存在时间效应及剂量效应；信号通路分析揭示TLR7配体Gardiquimod能够增加ERK1/2和MAPK的水平；阻断剂的研究发现TLR7配体Gardiquimod部分依赖PI3K-AKT
目录 actin肌丝 (5) Wnt/LRP6 信号 (7) WNT信号转导 (7) West Nile 西尼罗河病毒 (8) Vitamin C 维生素C在大脑中的作用 (10) 视觉信号转导 (11) VEGF，低氧 (13) TSP-1诱导细胞凋亡 (15) Trka信号转导 (16) dbpb调节mRNA (17) CARM1甲基化 (19) CREB转录因子 (20) TPO信号通路 (21) Toll-Like 受体 (22) TNFR2 信号通路 (24) TNFR1信号通路 (25) IGF-1受体 (26) TNF/Stress相关信号 (27) 共刺激信号 (29) Th1/Th2 细胞分化 (30) TGF beta 信号转导 (32) 端粒、端粒酶与衰老 (33) TACI和BCMA调节B细胞免疫 (35) T辅助细胞的表面受体 (36) T细胞受体信号通路 (37) T细胞受体和CD3复合物 (38) Cardiolipin的合成 (40) Synaptic突触连接中的蛋白 (42) HSP在应激中的调节的作用 (43) Stat3 信号通路 (45) SREBP控制脂质合成 (46) 酪氨酸激酶的调节 (48) Sonic Hedgehog (SHH)受体ptc1调节细胞周期 (51) Sonic Hedgehog (Shh) 信号 (53) SODD/TNFR1信号 (56) AKT/mTOR在骨骼肌肥大中的作用 (58) G蛋白信号转导 (59) IL1受体信号转导 (60) acetyl从线粒体到胞浆过程 (62) 趋化因子chemokine在T细胞极化中的选择性表达 (63) SARS冠状病毒蛋白酶 (65) SARS冠状病毒蛋白酶 (67) Parkin在泛素-蛋白酶体中的作用 (69)
Toll 样受体(TLRs)是一个模式识别受体家族，它们在进化上高度保守，从线虫到哺乳 动物都存在TLRs，目前在哺乳动物中已发现 12 个成员[1]．TLRs 主要表达于抗原递 呈细胞及一些上皮细胞，为玉型跨膜蛋白，胞外区具有富含亮氨酸的重复序列，能够 特异识别病原微生物进化中保守的抗原分子———病原相关分子模式 (pathogen-associatedmolecular patterns, PAMPs)[2]．为了有效地抵抗入侵的病原体，机体需要对多种 PAMPs 产生适当的免疫应答，TLRs 可以通过识别 PAMPs 诱发抵抗病原体的免疫反应．而且 TLRs 也参与识别有害的内源性物质．TLRs 的激活可诱导很强的免疫反应，有利于机体抵抗病原体感染或组织损伤，但是过度的免疫反应也会带来不利影响，如产生内毒素休克、自身免疫性疾病等．为了保证 TLRs 介导正确的免疫应答，机体 存在精密的负调控机制，及时抑制 TLRs 信号，维持机体的免疫平衡[3]TLR 家族成员(TLR3 除外)诱导的炎症反应都经过一条经典的信号通路(图 1)，该通路起始于TLRs 的一段胞内保守序列———Toll/IL-1 受体同源区(Toll/IL-1 receptor homologous region，TIR)．TIR可激活胞内的信号介质———白介素 1 受体相关蛋白激酶 (IL-1R associated kinase， IRAK) IRAK-1 和IRAK-4、肿瘤坏死因子受体相关因子 6(TNFR-associated factor 6, TRAF-6)、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)和 I资B激酶 (I资B kinase， I资K )，进而激活核因子资 B(nuclear factor 资B，NF-资B)，诱导炎症因子的表达．TLRs 信号通路上的许多接头蛋白都具有 TIR结构域：髓系分化因子 88(myeloid differentiationfactor 88， MyD88)、MyD88- 接头蛋白相似物(MyD88-adaptor like，Mal)、含有 TIR 结构能诱导干扰 素茁的接头分子 (TIR domain-containingadaptor inducing interferon 茁，TRIF)、TRIF 相关接头分子(TRIF-related adaptor molecule，TRAM)和SARM (sterile 琢 and armadillo motif-containingprotein)[4]．它们参与 TLRs 所介导的信号转导，其中 MyD88 最重要，参与了除 TLR3 外所有 TLRs介导的信号转导．MyD88 首先通过 TIR 与 TLRs 相结合，接着募集下游信号分子 IRAK-4，IRAK-4 磷酸化激活IRAK-1，随后 活化 TRAF6．活化的 TRAF6 具有泛素连接酶(E3)的活性，能够结合泛素结合酶(E2)，进而泛素化降解 IKK-酌．这种泛素化降解可以活化TGF-茁激酶(TGF-茁 activated kinase 1， TAK1) 和TAK1 结合蛋白 (TAK1 binding protein， TAB1、TAB2、 TAB3)．活化的 TAK1 会催化 IKK-茁磷酸化，最终激活 NF-资B，促使炎症因子的表达．除了共同的 NF-资B 激活通路，不同的 TLRs 还存在着其特有的信号通路，一些TLRs 具有募集 Mal、TRAM 和 TRIF 的作用．不同的接头分子在信号传导中发挥的作 用不同[5]，TRIF 在脂多糖(LPS)激活的 TLR4 途径和 Poly(I∶C)激活的 TLR3 途径中都起到了重要的作用，而 TRAM 仅在 TLR4 的途径中发挥作用．TLRs 的激活是一把双刃剑，它可以通过刺激先天性免疫应答和提高获得性免疫反应来保护机体，但是它所引 起的持续性炎症反应也会对机体产生损伤，自身免疫、慢性炎症和感染性疾病都与它 有一定关系．例如LPS 持续刺激TLR4 就可以引起严重的败血病和感染性休克，此外，类风湿性关节炎、慢性阻塞性肺心病、结肠炎、哮喘、心肌病、狼疮和动脉粥样硬化
参与细胞信号转导通路的蛋白简写及全拼 4E-BP eIF4E binding protein Abl Ableson protein tyrosine kinase ACTR A histone acetyltransferase AIF Programmed cell death protein 8 ANT Adenine nucleotide translocation channel Apaf-1 Apoptotic protease activating factor 1 APP beta-Amyloid precursor protein APPs Acute phase proteins ASIP Agouti switch protein ASK Apoptosis signal-regulating kinase (e.g., ASK1) ATF-2 Activating transcription factor 2 ATM Ataxia telangiectasia?mutated protein kinase ATR ATM and Rad3?related protein kinase Bam32 B-cell adaptor molecule 32 kDa BCAP B-cell adaptor for PI3K Bcl-10 B-cell leukemia 10 protein Bfl-1 Bcl-2-related protein A1 Bid A BH3 domain?only death agonist protein Bimp1 B-lymphocyte-induced maturation protein 1 BLNK B-cell linker protein BRCA Breast cancer growth suppressor protein Btk Brutonís tyrosine kinase C3G Guanine nucleotide?releasing factor 2 CAD Caspase-activated deoxyribonuclease Cam Calmodulin CaMK Calcium/calmodulin-dependent kinase CAP c-Cbl-associated protein Cas p130CAS, Crk-associated substrate Caspase Cysteine proteases with aspartate specificity CBL Cellular homologue of the v-Cbl oncogene CBP CREB binding protein CD19 B-lymphocyte antigen CD19 CD22 B-cell receptor CD22 CD40 B-cell surface antigen CD40 CD45 Leukocyte common antigen, a phospho-tyrosine phosphatase CD5 Lymphocyte antigen CD5 cdc2 Cell division cycle protein 2, CDK1 cdc34 Cell division cycle protein 34, a ubiquitin conjugating (E2) enzyme cdc42 Cell division cycle protein 42, a G-protein CDK Cyclin-dependent kinase Chk Checkpoint kinase CHOP C/EBP homologous protein 10
mTOR信号通路图 mTOR可对细胞外包括生长因子、胰岛素、营养素、氨基酸、葡萄糖等多种刺激产生应答。它主要通过PI3K/Akt/mTOR途径来实现对细胞生长、细胞周期等多种生理功能的调控作用。正常情况下，结节性脑硬化复合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚体复合物，是小GTP 酶Rheb(Ras-homolog enriched in brain)的抑制剂，而Rheb是mTOR活化所必需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情况下抑制mTOR的功能。当Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，抑制了TSC-1/TSC-2复合物的形成，从而解除了对Rheb 的抑制作用，使得mTOR被激活。活化的mTOR通过磷酸化蛋白翻译过程中的某些因子来参与多项细胞功能，其中最主要的是4EBP1和P70S6K。
在整个PI3K/Akt/mTOR信号通路中，有一条十分重要的负反馈调节剂就是10号染色体上缺失与张力蛋白同源的磷酸酶基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome 10, PTEN)。PTEN是一个肿瘤抑制基因，位于人染色体10q23。它有一个蛋白酪氨酸磷酸酶结构域，在这条通路中可以将PI-3，4-P2与PI-3，4，5-P3去磷酸化，从而负调节PI3K下游AKt/mTOR信号通路的活性。 本信号转导涉及的信号分子主要包括 IRS-1，PI3K，PIP2，PIP3，PDK1，PTEN，Akt，TSC1，TSC2，Rheb，mTOR，Raptor，DEPTOR，GβL，p70S6K，ATG13，4E-BP1，HIF-1，PGC-1α，PPARγ，Sin1，PRR5，Rictor，PKCα，SGK1，PRAS40，FKBP12，Wnt，LRP，Frizzled，Gαq/o，Dvl，Erk，RSK，GSK-3，REDD1，REDD2，AMPK，LKB1，RagA/B，RagC/D等。
细胞受体类型、特点 及重要的细胞信号转导途径 学院：动物科学技术学院 专业：动物遗传育种与繁殖 姓名：李波 学号：2015050509
目录 1、细胞受体类型及特点 (3) 1.1离子通道型受体 (3) 1.2 G蛋白耦联型受体 (3) 1.3 酶耦联型受体 (3) 2、重要的细胞信号转导途径 (4) 2.1细胞内受体介导的信号传递 (4) 2.2 G蛋白偶联受体介导的信号转导 (5) 2.2.1激活离子通道的G蛋白偶联受体所介导的信号通路 (5) 2.2.2激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 (5) 2.2.3 激活磷脂酶C、以lP3和DAG作为双信使 G蛋白偶联受体介导的信号通路 (6) 2.2 酶联受体介导的信号转导 (7) 2.2.1 受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路 (7) 2.2.2 P13K-PKB(Akt)信号通路 (8) 2.2.3 TGF-p—Smad信号通 (8) 2.2.4 JAK—STAT信号通路 (9)
1、细胞受体类型及特点 受体(receptor)是一种能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分子物质，多为 糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域，当受体与配 体结合后，构象改变而产生活性，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体与配体 问的作用具有3个主要特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。 根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为细胞内受体(intracellular receptor)和细 胞表面受体(cell surface receptor)。细胞内受体介导亲脂性信号分子的信息传递，如胞内 的甾体类激素受体。细胞表面受体介导亲水性信号分子的信息传递，膜表面受体主要有三类：①离子通道型受体(ion—channel—linked receptor)；②G蛋白耦联型受体(G—protein —linked receptor)；③酶耦联的受体(enzyme—linked recep—tor)。第一类存在于可兴奋 细胞。后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联事件，即为一系列蛋 白质的逐级磷酸化，借此使信号逐级传送和放大。 1.1离子通道型受体 离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道(1igand—gated channel)，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。神经递质通过 与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱 受体以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于 通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与 之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。离子通道型受体分为阳离子 通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道。 1.2 G蛋白耦联型受体 三聚体GTP结合调节蛋白(trimeric GTP—binding regulatory protein)简称G蛋白， 位于质膜胞质侧，由a、p、-／三个亚基组成，a和7亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上，G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，当a亚基与GDP结合时处于关闭 状态，与GTP结合时处于开启状态，“亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被RGS(regulator of G protein signaling)增强。RGS也属于GAP(GTPase activating protein)。 G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白(图10—6)，受体胞外结构域识别胞外信号分子并 与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内产 生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内。G蛋白耦联型受体包括多种神经递质、肽 类激素和趋化因子的受体，在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦 联型受体。 1.3 酶耦联型受体 酶耦联型受体(enzyme linked receptor)分为两类，其一是本身具有激酶活性，如肽类 生长因-子(EGF，PDGF，CSF等)受体；其二是本身没有酶活性，但可以连接非受体酪氨酸 激酶，如细胞因子受体超家族。这类受体的共同点是：①通常为单次跨膜蛋白；②接受配 体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。