受体酪氨酸蛋白激酶的研究

受体酪氨酸蛋白激酶的研究曹　川,戴　霞(综述),李世荣(审校)(中国人民解放军第三军医大学附属西南医院整形外科,重庆400038)中图分类号:Q78 文献标识码:A 文章编号:100622084(2008)1221780202 摘要:酪氨酸蛋白激酶是细胞信号转导的主要信号酶之一,对细胞的生长、发育与功能调控起着重要的作用。

受体型酪氨酸蛋白激酶是细胞内段具有酪氨酸激酶活性跨膜结构的酶蛋白受体,其胞外区与生长因子配体结合,然后激活胞内段的酶活性区启动信号转导,参与细胞的生长、增殖、转化及胚胎发育和肿瘤形成。

主要介绍受体型酪氨酸蛋白激酶的结构、分类及其信号转导途径。

关键词:受体酪氨酸蛋白激酶;信号转导;丝裂原活化蛋白激酶Research Progress of Receptor Tyrosi n e Prote i n K i n a se　CAO Chuan,DA I X ia,L I Shi2rong.(D epart2 m ent of P lastic Surgery,Southw estern Hospital,Third M ilitary M edical U niversity of PLA,Chongqing400038, China)Abstract:Tyr osine p r otein kinase is one of the key kinases in cell signal transducti on,which p lays ani m portant r ole in cell gr owth,devel opment and functi onal regulati on.Recep t or tyr osine p r otein kinase is atrans me mbrane kinase p r otein recep t orwith tyr osine p r otein kinase activity on intracellular part,it can actuate the signal transducti on by activating the active z one of its intracellular part resulting fr om the combinati on of its extr ocellular part with its gr owth fact or ligand and then takes part in the cell gr owth,cell p r oliferati on,cell transdifferentiati on,e mbryonic devel opment and tumor genesis.This article mainly revie ws recep t or tyr osine p r otein kinase about its structure,classificati on and its signal transducti on pathway.Key words:Recep t or tyr osine p r otein kinase;Signal transducti on;M it ogen activited p r otein kinase 细胞信号转导的基本方式是蛋白磷酸化,磷酸化过程在胞内多种蛋白激酶的催化作用下进行,细胞内一类主要的蛋白激酶是酪氨酸蛋白激酶(tyr osine p r otein kinases,TPK),其磷酸化作用位点为蛋白质的酪氨酸残基。

TPK是信号转导中一类与受体及多种信号蛋白活化有关的信号酶,对细胞的增殖、分化及功能具有重要的调节作用,为一个大的结构多样的酶家族,分为受体依赖型TPK(recep t or tyr osine kinases,RTK)和非受体依赖型TPK。

RTK即具有酶活性的细胞膜受体(又称催化性受体),是细胞内段具有酪氨酸激酶活性的跨膜结构的酶蛋白受体,其胞外区与生长因子配体结合,然后激活胞内段的酶活性区启动信号转导,大多数生长因子如表皮生长因子(ep ider mal gr owth fact or,EGF)、血小板衍生生长因子(p latelet2derived gr owth fact or,P DGF)、成纤维细胞生长因子(fibr oblast gr owth fact or,FGF)、胰岛素样生长因子(insulin2likegr owth fact or,I GF)等的受体均有RTK活性。

有一些受体本身不具有酶活性,但在其胞内段有TPK特异结合的位点,配体与受体结合后,须通过该位点结合胞内TPK再磷酸化胞内靶蛋白的酪氨酸残基,启动信号转导过程,这类受体也称为细胞因子受体超家族,包括干扰素、白细胞介素、集落刺激因子等。

具有TPK活性的受体是外界刺激信息传递至细胞核,转化成细胞效应的信号通路的关键组成部分,参与细胞的生长、增殖、转化及胚胎发育和肿瘤形成,具有重要的生理功能[1]。

1　RTK的共同结构所有RTK都是膜结合的Ⅰ型糖蛋白,基本结构模式可分成3个部分:细胞外结构区、跨膜区以及细胞内激酶区。

其结构的共同特点是胞内段均具有TPK活性区,再根据胞外区结构的不同将其聚类[1,2]。

1.1　胞外区　胞外区为500～850个氨基酸组成的亲水性配体结合区,糖基化位点大都在此区。

每一种RTK的胞外区都含有一个以上的可识别结构域,包括半胱氨酸富含区、甘氨酸富含区、亮氨酸富含区、纤维粘连蛋白Ⅲ样重复区、类I g区、类Ⅷ因子区、EGF样结构域、cadherin 样结构域、kringle样结构域、dis2 coidin样结构域等。

根据RTK胞外区的结构特点,可将其分为4个类型:Ⅰ型为胞外区具有富含半胱氨酸的2个重复序列,包括EGFR、HER2/ neu、HER3/c2erb23和Xm rk。

Ⅱ型为异四聚体结构,由2个α及β亚单位以二硫键相连。

α亚单位含一富含半胱氨酸的重复序列,构成配体结合区,β亚单位穿膜后与酪氨酸激酶区相连,包括胰岛素受体、I GFR。

Ⅰ、Ⅱ型RTK富含半胱氨酸的重复序列构成坚固的能抵抗蛋白酶消化的构型。

Ⅲ型没有胞外区富含半胱氨酸的重复序列,由5个I g样结构组成,RTK激酶区有一77～107个亲水性氨基酸构成的插入序列将ATP结合位点与底物磷酸化位点分开,包括P DGFR和v2f m s/c2kit。

Ⅳ型结构同Ⅲ型类似,胞外区仅由3个I g样结构组成,包括FGFR、flg和bek。

4种RTK引起的最终细胞生物效应并不相同,但结构上的相似性说明它们可能源于同一受体结构不断进化的结果,从而提示它们在信号转导途径及调节机制方面有共同之处。

1.2　跨膜区　跨膜区由高度疏水、缺乏带电荷的氨基酸残基构成,长度保守(22～26个氨基酸),但氨基酸序列并不保守。

RTK的单跨膜区域明显不同于其他跨膜受体(如β2肾上腺素能受体等),且在信号转导中没有直接的作用。

1.3　胞内区　胞内区由500～600个氨基酸组成,负责产生转导信号,其启动信号的分子机制包括胞内分子的一系列变构激活和与蛋白底物及调节因子(如蛋白激酶C)的相互作用。

胞内区分为以下几个亚结构:①近膜区:由41～50个氨基酸组成,将酪氨酸激酶区与胞膜分开,4种RTK的近膜区氨基酸序列各不相同,但每一类型RTK近膜区的氨基酸序列高度保守,对信号转导有调节作用。

②激酶区:氨基酸序列高度保守,包括ATP结合位点、底物结合区、自身磷酸化位点和调节位点;③羧基末端:由70～200个氨基酸组成,一级结构在不同种属间不同,甚至在同一类型的RTK中亦不相同。

该区富含分子质量小的氨基酸,构成亲水性强的多肽链,赋予羧基末端极大的柔韧性。

2　RTK的分类到目前为止,已发现50多种不同的RTK,根据它们胞外区的结构特点与功能,主要分为9个亚族,其中大部分为细胞生长因子受体家族,主要有EGF受体家族,包括Erb B1/ EGFR/HER1、Erb B2/p185/Neu/HER2、Erb B3/HER3、Erb B4/ HER4,结合配体是EGF[3];胰岛素受体家族,包括胰岛素受体、I GF21受体以及胰岛素相关受体,其结合的配体包括I GF21、I GF22、胰岛素以及6个I GF结合蛋白[4];P DGF受体家族[5,6];FGF受体家族,包括FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4[7];神经营养因子受体家族[8];血管内皮生长因子受体家族[9];肝细胞生长因子受体家族[10]。

此外,还有Eph亚族受体家族以及Axl受体家族,Eph是一大类新发现的酪氨酸激酶受体,可能是RTK最大的家族,在细胞内具有重要的生理功能[11,12]。

3　RTK的活化RTK在没有与信号分子结合时是以单体存在的,且没有活性,一旦有信号分子同细胞外结构域结合,2个单体受体分子即在膜上形成二聚体,然后2个受体的细胞内结构域的尾部相互接触,激活它们的蛋白激酶功能,结果使尾部的酪氨酸残基磷酸化。

磷酸化导致受体细胞内结构域的尾部装配成一个信号复合物,磷酸化的酪氨酸部位立即成为细胞内信号蛋白的结合位点,可能有10～20种不同的细胞内信号蛋白同受体尾部磷酸化部位结合后被激活。

信号复合物通过几种不同的信号转导途径传递并扩大信息,激活细胞内一系列的生化反应;或者将不同的信息综合起来引起细胞综合性的应答(如细胞增殖)[1,13]。

4　RTK激活的下游信号途径4.1　经Ras蛋白激活丝裂原活化蛋白激酶　丝裂原活化蛋白激酶是与细胞生长、分化、凋亡等密切相关的关键信号转导途径,可由多种方式激活。

EGF、P DGF、FGF等生长因子与受体结合后,引起胞内区TPK激活,细胞内含SH2区的生长因子受体连接蛋白Grb2与受体蛋白结合,将胞质中具有鸟苷酸交换因子活性的Sos吸引至细胞膜,Sos促进无活性Ras所结合的G DP为GTP所置换,导致Ras活化。

激活的Ras又活化Raf(又称丝裂原活化蛋白激酶激酶的激酶),进而激活MEK (又称丝裂原活化蛋白激酶激酶),最终导致细胞外信号调节激酶激活。

激活的细胞外信号调节激酶可促进胞质靶蛋白磷酸化或调节其他蛋白激酶的活性,如激活磷脂酶A2、激活调节蛋白质翻译的激酶等。

更重要的是,激活的细胞外信号调节激酶进入核内,促进多种核转录因子磷酸化,如细胞外信号调节激酶促进血清反应因子磷酸化,使其与含有血清反应元件的靶基因启动子相结合,增强转录活性[1,14,15]。

4.2　经磷脂酶Cγ激活蛋白激酶C　RTK的磷酸化酪氨酸位点可与含有SH2区的磷脂酶Cγ结合,导致磷脂酶Cγ激活,水解磷酯酰肌醇二磷酸盐生成肌醇三磷酸盐和二酰甘油,作为第二信使激活蛋白激酶C,进而调节细胞的活动[14,16]。