生物化学第四节 信号转导的基本规律和复杂性

第四节信号转导的基本规律和复杂性
2015-07-15 70967 0
一、各种信号转导机制具有共同的基本规律
（一）信号的传递和终止涉及许多双向反应
信号的传递和终止实际上就是信号转导分子的数量、分布、活性转换的双向反应。

如AC催化生成。

AMP而传递信号，磷酸二酯酶则将cAMP迅速水解为5’-AMP而终止信号传递。

以Ca2+为细胞内信使时，Ca2+可以从其贮存部位迅速释放，然后又通过细胞Ca2+泵作用迅速恢复初始状态。

PLC催化PIP
2
分解成DAG
和IP
3而传递信号，DAG激酶和磷酸酶分别催化DAG和IP
3
转化而重新合成
PIP
2。

对于蛋白质信号转导分子，则是通过与上、下游分子的迅速结合与解离而传递信号或终止信号传递，或者通过磷酸化作用和去磷酸化作用在活性状态和无活性状态之间转换而传递信号或终止信号传递。

（二）细胞信号在转导过程中被逐级放大
细胞在对外源信号进行转换和传递时，大都具有信号逐级放大的效应。

G 蛋白偶联受体介导的信号转导过程和蛋白激酶偶联受体介导的MAPK通路都是典型的级联反应过程。

（三）细胞信号转导通路既有通用性又有专一性
细胞内许多信号转导分子和信号转导通路常常被不同的受体共用，而不是每一个受体都有专用的分子和通路。

换言之，细胞的信号转导系统对不同的受体具有通用性。

信号转导通路的通用性使得细胞内有限的信号转导分子可以满足多种受体信号转导的需求。

另一方面，不同的细胞具有不同的受体，而同样的受体在不同的细胞又可利用不同的信号转导通路，同一信号转导通路在不同细胞中的最终效应蛋白又有所不同。

因此，配体一受体一信号转导通路-效应蛋白可以有多种不同组合，而一种特定组合决定了一种细胞对特定的细胞外信号分子产生专一性应答。

二、细胞信号转导复杂且具有多样性
配体-受体-信号转导分子-效应蛋白并不是以一成不变的固定组合构成信号转导通路，细胞信号转导是复杂酌，且具有多样性。

这种复杂性和多样性反映在以下几个方面。

（一）一种细胞外信号分子可通过不同信号转导通路影响不同的细胞
白介素1β(IL-1β)是在局部和全身炎症反应中起核心作用的细胞因子。

然而，由于其受体分布广泛，IL-1β的作用并不仅限于炎症。

IL-1β可以通过G 蛋白偶联受体（涉及cAMP通路、cGMP通路、PKC通路等）和蛋白激酶偶联受体介导的MAPK通路传递信号。

近年又发现IL-1 β可通过其他几条重要通路介导信号转导，包括：IL-1受体相关激酶通路、PI-3K通路、JAK-STAT通路、离子通道。

IL-1β受体在多种细胞表面存在，受体可通过不同信号转导通路传递信号，它不仅可以作用于各种炎症相关细胞，还可以通过JAK-STAT通路作用于胰岛B细胞，通过激活离子通道影响神经细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、骨髓基质细胞等多种细胞的功能。

（二）受体与信号转导通路有多样性组合
一种受体并非只能激活一条信号转导通路。

有些受体自身磷酸化后产生多个与其他蛋白相互作用的位点，可以激活几条信号转导通路。

如血小板衍生生长因子( PDGF)的受体激活后，可激活Src激酶活性、结合Grb2并激活Ras、
因而同时激活多条信号转导通路而引起复杂的细胞应激活PI-3K、激活PLCγ
，
答反应。

另一方面，一条信号转导通路也不是只能由一种受体激活，例如，有多种受体可以激活PI-3K通路。

（三）一种信号转导分子不一定只参与一条通路的信号转导
GPCRs主要是促进第二信使产生而调节代谢，因而GPCRs 一般是在分化成熟的组织细胞参与信号转导。

但GPCRs在某些增殖细胞中也可表达，在这些细胞中，G蛋白的βγ二聚体可激活Src或Src样激酶（如Fyn、Lyn和Yes蛋白酪氨酸激酶），后者使Shc的酪氨酸残基磷酸化，形成SH2结合位点，从而与Grb2结合形成Shc-Grb2复合物，通过SOS、Ras蛋白激活MAPK通路，调控细胞增殖所需基因的转录。

（四）一条信号转导通路中的功能分子可影响和调节其他通路
细胞内的信号转导通路并不是各自独立存在，不同通路之间存在着多种交互的联系。

当一条通路中的信号转导分子对另一条通路中的信号转导分子发挥调节作用时，可对该通路发挥调控作用。

下面两个例子可使我们对此有一个初步了解。

1．Ras/MAPK通路可调节Smad通路Ras/ERK通路转导的信号可促进细胞增殖，而Smad通路转导的信号则抑制细胞增殖。

对于正常上皮细胞，作为维持细胞稳态的TGF-p占主导地位，并对抗由生长因子经Ras通路激活的增殖反应。

然而，当大量的生长因子(如EGF、HGF)刺激细胞或RAS基因激活后，使Ras/ERK通路激活，活化的ERKl/2蛋白激酶将Smad2/3 等分子的特定位点磷酸化，使Smad2/3向核内聚集的能力减弱，从而削弱了Smad传递信号的作用。

此时增殖成为细胞的主要反应。

2．蛋白激酶C可调节蛋白酪氨酸激酶系统PKC是肌醇磷脂系统的重要酶，但它可对蛋白酪氨酸激酶系统产生调节作用。

PKC通过磷酸化修饰EGF受体、Ras、Raf-1等，对Ras/MAPK 通路产生调节作用。

（五）不同信号转导通路可参与调控相同的生物学效应
趋化因子是体内一类能够诱导特定细胞趋化运动的分子。

趋化因子受体是一类表达于不同类型细胞上的GPCRs。

然而趋化因子可以通过不同的信号转导通路传递信号，如激活PKA通路、调节细胞内Ca2+浓度、G蛋白βγ亚单位和磷酸酪氨酰肽协同作用可激活PI-3K通路、MAPK通路，还可以激活JAK-STAT通路。

这些信号通路不同，但都参与调控细胞趋化运动。

（六）细胞内的特殊事件也可以启动信号转导或调节信号转导
一些特殊的细胞内事件也可以在细胞内启动信号转导通路。

如DNA损伤、活性氧(ROS)、低氧状态等，可通过激活特定的分子而启动信号转导。

这些通路可以与细胞外信号分子共用部分转导通路、共用一些信号分子，也可以是一些特殊的通路（如凋亡信号转导通路）。