细胞信号转导异常与疾病

1 病理生理学 病理生理学 Pathophysiology 第十章细胞信号转导异常与疾病 Abnormalcellsignaltransductionanddisease 2 人民卫生出版社病理生理学 3 第一节概述 人民卫生出版社病理生理学 概念 cellsignaltransduction 细胞通过位于胞膜或胞内的受体感受胞外信息分子的刺激 经复杂的细胞内信号转导系统的转换而影响其生物学功能的过程 4 人民卫生出版社病理生理学 组成 上游成分 受体识别 受体或能接受信号的其他成分中游成分 信号传递 细胞内信号转导通路下游成分 细胞内效应 通路作用的终端效应器 5 人民卫生出版社病理生理学 基本过程 一 信号的接受和转导1 细胞信号 1 按信号的性质分1 物理信号 光 电 机械 环境应激2 化学信号 A体液因子B气味因子C细胞的代谢产物D进入体内的药物 毒物 6 人民卫生出版社病理生理学 基本过程 一 信号的接受和转导1 细胞信号 2 按信号引起的细胞生物效应分1 调节细胞增殖的信号2 促进细胞分化的信号3 促进细胞凋亡的信号4 调节细胞代谢 功能的信号5 诱发细胞应激反应的信号 7 人民卫生出版社病理生理学 基本过程 一 信号的接受和转导2 细胞受体 1 膜受体占大多数 2 浆受体 3 核受体 8 人民卫生出版社病理生理学 膜受体包括 G蛋白偶联受体家族 GPCR 酪氨酸蛋白激酶型受体或受体酪氨酸激酶家族 RTK 细胞因子受体超家族丝 苏氨酸蛋白激酶型受体家族 PSTK 死亡受体家族离子通道型受体鸟苷酸环化酶受体黏附分子 9 人民卫生出版社病理生理学 细胞信号转导过程 是由细一系列信号转导蛋白的构象 活性或功能变化来实现的 信号转导蛋白通常具有活性和非活性形式 控制信号转导蛋白活性的方式有 通过配体调节通过G蛋白调节通过可逆磷酸化调节 10 人民卫生出版社病理生理学 二 信号对靶蛋白的调节 信号转导通路对靶蛋白调节的最重要的方式是可逆性的磷酸化调节1 经可逆磷酸化快速调节效应蛋白活性2 经调控基因表达产生较为缓慢的生物效应 11 人民卫生出版社病理生理学 二 信号对靶蛋白的调节 信号转导通路中激活的蛋白激酶 如PKA PKC MAPK家族成员等 或磷酸酶能通过对各种效应蛋白 如代谢酶 离子通道 离子泵 运输蛋白 骨架蛋白等 进行可逆的磷酸化修饰 快速调节它们的活性和功能 导致神经的兴奋和抑制 肌肉的收缩 离子的转运 代谢变化等效应 12 人民卫生出版社病理生理学 二 信号对靶蛋白的调节 跨膜信号转导通路还可通过对转录因子的可逆磷酸化修饰调节转录因子的活性 1 促进原存在于胞浆的转录因子 NF B等 的激活和核转位 2 增强核内转录因子 AP 1等 与DNA的结合能力 3 提高转录因子 CREB等 的转录活性 调节基因表达 进而调节细胞的增殖 分化和凋亡等 13 人民卫生出版社病理生理学 受体与配体的分离受体的下调 受体数量 膜受体的内化降解受体的减敏 受体亲和性 膜受体的脱磷酸化 蛋白磷酸酶作用 G蛋白的失活 GTP酶的水解 14 人民卫生出版社病理生理学 三 信号的终止 G蛋白偶联受体介导的信号转导途径 G蛋白的概述概念 指可与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合的蛋白质家族分类 由 和 亚单位组成的异三聚体 小分子G蛋白 只具有G蛋白 亚基的功能 15 人民卫生出版社病理生理学 结构 G蛋白偶联受体 Gproteincouplingreceptors GPCR 系7次跨膜受体 16 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白的活性调控 G蛋白通过与GTP结合 激活态 和GDP结合 失活态 状态的转换导致信号的转导或终止 17 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白分子开关 当G蛋白偶联受体被配体激活后 G 上的GDP为GTP所取代 这是G蛋白激活的关键步骤 此时G蛋白解离成GTP G 和G 两部分 它们可分别与效应蛋白作用 直接改变其功能 如离子通道的开闭 或通过产生第二信使影响细胞的反应 G 上的GTP酶水解GTP 终止G蛋白介导的信号转导 此时 G 与G 又结合成无活性的三聚体 18 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白的活性调控 19 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白的活性调控 G蛋白循环示意图 G蛋白活性调节示意图 20 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白的介导途径 一 cAMP 蛋白激酶A途径 cAMP PKA 21 人民卫生出版社病理生理学 cAMP对PKA的调节作用 一 cAMP 蛋白激酶A途径 cAMP PKA 22 人民卫生出版社病理生理学 受体Gs AC cAMP PKA 效应靶蛋白磷酸化 IRG 受体 转录因子磷酸化 靶基因转录 AT II受体 2 受体Gi AC cAMP PKA 效应靶蛋白磷酸化 M2 受体 转录因子磷酸化 靶基因转录 一 cAMP 蛋白激酶A途径 cAMP PKA 23 人民卫生出版社病理生理学 cAMP介导的PKA通路活化 抑制 作用 一 cAMP 蛋白激酶A途径 cAMP PKA 24 人民卫生出版社病理生理学 二 IP3 钙调蛋白激酶途径 IP3 CaMPK 25 人民卫生出版社病理生理学 AT 受体PIP2 1 受体Gqa PLC ET 受体IP3 肌浆网膜Ca2 通道SM释放Ca2 与钙调蛋白结合 钙调蛋白激酶 CaMPK 效应靶蛋白磷酸化转录因子磷酸化 靶基因转录 三 DG 蛋白激酶C途径 DG PKC 26 人民卫生出版社病理生理学 AT 受体PIP2 1 受体Gqa PLC ET 受体DG 细胞膜Ca2 通道Ca2 内流 蛋白激酶C PKC 效应靶蛋白磷酸化 转录因子磷酸化 靶基因转录 酪氨酸蛋白激酶 Tyrosineproteinkinase TPK 是一类能催化蛋白质酪氨酸磷酸化的蛋白激酶 共同结构特征是羧基端有典型的TPK结构和自身磷酸化位点 该酶可催化自身或底物的酪氨酸磷酸化 通过蛋白质磷酸化的级联反应传递信息 导致生物效应 TPK介导的信号转导分受体途径和非受体途经两大类 27 人民卫生出版社病理生理学 酪氨酸蛋白激酶介导的信号转导途径 一 受体酪氨酸蛋白激酶 RPTK 途径 经Ras蛋白激活丝裂原活化蛋白激酶途径 Ras MAPK途径 经PLC 激活蛋白激酶C途径 PLC PKC途径 经磷脂酰肌醇3激酶激活蛋白激酶B途径 PI 3K PKB途径 28 人民卫生出版社病理生理学 一 受体酪氨酸蛋白激酶 RPTK 途径 RPTK是由50多种受体组成的超家族 其共同的结构特征是单次跨膜受体 胞内区含有TPK 配体以生长因子为代表 主要有表皮生长因子 EGF 血小板源生长因子 PDGF 血管内皮细胞生长因子 VEGF 等 与生长发育 分化 免疫 肿瘤等有密切关系 29 人民卫生出版社病理生理学 一 受体酪氨酸蛋白激酶 RPTK 途径 生长因子与受体结合 使受体发生二聚化后TPK激活 激活后可自身磷酸化 磷酸化的酪氨酸可被一类含有SH2区的蛋白质识别 通过级联反应向细胞内进行信号转导 30 人民卫生出版社病理生理学 二 非受体酪氨酸蛋白激酶途径 Jak STAT途径 非受体TPK信号转导途径指的是 膜受体本身无TPK活性 但膜受体的胞内区有与胞内TPK结合的位点 配体以细胞因子为代表 包括白介素 IL 干扰素 INF 促红细胞生成素 EPO 及生长激素 GH 等 主要参与免疫 造血和生长的调节 31 人民卫生出版社病理生理学 二 非受体酪氨酸蛋白激酶途径 Jak STAT途径 非受体TPK的调节机制差异较大 JAK激酶是起重要作用的非受体酪氨酸蛋白激酶之一 JAK激酶家族包括JAK1 JAK2 JAK3和TYK2 以下以生长激素 干扰素为例说明信号转导途径 32 人民卫生出版社病理生理学 二 非受体酪氨酸蛋白激酶途径 Jak STAT途径 33 人民卫生出版社病理生理学 GH R 受体二聚化 JAK STAT中酪氨酸磷酸化 STAT二聚化并入核 与靶基因DNA上游的相应序列结合 靶基因转录信号转导和转录激活因子 STAT signaltransducerandactivatoroftranscription 二 非受体酪氨酸蛋白激酶途径 Jak STAT途径 34 人民卫生出版社病理生理学 生长激素受体信号转导通路 二 非受体酪氨酸蛋白激酶途径 Jak STAT途径 35 人民卫生出版社病理生理学 36 人民卫生出版社病理生理学 丝 苏氨酸蛋白激酶介导的信号转导途径 37 人民卫生出版社病理生理学 丝 苏氨酸蛋白激酶介导的信号转导途径 配体与死亡受体结合 介导其形成三聚体 通过多种接头蛋白启动 1 激活凋亡蛋白酶 caspase 引发细胞凋亡通路2 激活核转录因子KB启动抑制细胞凋亡通路 38 人民卫生出版社病理生理学 死亡受体介导的信号转导途径 39 人民卫生出版社病理生理学 死亡受体介导的信号转导途径 40 人民卫生出版社病理生理学 鸟苷酸环化酶介导的信号转导途径 1 胞膜GC受体介导的信号转导途径ANPGTP离子通道排钠 利尿BNPcGMPPKGPDE GC 血管舒张 细胞膜 41 人民卫生出版社病理生理学 鸟苷酸环化酶介导的信号转导途径 2 胞质sGC受体介导的信号转导途径 42 人民卫生出版社病理生理学 简言之 GTP胞浆可溶性膜颗粒性NO GC GC R 细胞因子cGMP PKG 靶蛋白磷酸化 43 人民卫生出版社病理生理学 黏附分子介导的信号转导途径 整合素介导的信号转导通路示意图 概念 细胞内受体 胞浆内 本质上是配体调控的转录因子 在胞浆内启动信号转导并影响基因转录 类型 类固醇激素受体家族 糖皮质激素 盐皮质激素 性激素受体等 44 人民卫生出版社病理生理学 浆受体介导的信号转导途径 45 人民卫生出版社病理生理学 作用机制 46 人民卫生出版社病理生理学 作用机制 糖皮质激素受体信号转导通路性激素受体信号转导通路 概念 细胞内受体 胞核内 本质上是配体调控的转录因子 在核内启动信号转导并影响基因转录 类型 甲状腺素受体家族 甲状腺素 维生素D和维A酸受体等 47 人民卫生出版社病理生理学 核受体介导的信号转导途径 48 人民卫生出版社病理生理学 结构 49 人民卫生出版社病理生理学 作用机制 近年来研究表明 不同信息分子 不同信号转导途径之间还存在交叉对话 相互调节 从而构成复杂的信号转导网络 50 人民卫生出版社病理生理学 核受体介导的信号转导途径 配体入核 R DNA R 配体 DNA与HRE结合 靶基因转录 51 第三节细胞信号转导异常与疾病 人民卫生出版社病理生理学 疾病时细胞信号转导异常可涉及受体 胞内信号转导分子及转录因子等多个环节受体异常与疾病受体病 受体异常症 52 人民卫生出版社病理生理学 细胞信号转导异常与疾病 概念 因受体的数量 结构或调节功能变化 使之不能介导配体在靶细胞中应有的效应所引起的疾病 表现上调 受体数量增多下调 受体数量减少增敏 靶细胞对配体刺激的反应性增强或过度减敏 靶细胞对配体刺激的反应性减弱或消失 53 人民卫生出版社病理生理学 细胞信号转导异常与疾病 一 遗传性受体病 概念 由于编码受体的基因突变使受体缺失 减少或结构异常而引起的疾病 54 人民卫生出版社病理生理学 家族性高胆固醇血症 FH LDL受体合成障碍LDL受体转运障碍LDL受体与配体结合障碍LDL受体内吞缺陷 55 人民卫生出版社病理生理学 类型 ADHV2受体合成减少ADHV2受体敏感性下降 56 人民卫生出版社病理生理学 家族性肾性尿崩症 甲状腺素受体编码基因突变 57 人民卫生出版社病理生理学 甲状腺素抵抗综合征 二 自身免疫性受体病 概念 体内产生抗受体的自身抗体而引起的疾病 58 人民卫生出版社病理生理学 重症肌无力Ach受体抗体 59 人民卫生出版社病理生理学 类型 刺激性TSH受体抗体 甲亢抑制性TSH受体抗体 甲减 60 人民卫生出版社病理生理学 自身免疫性甲状腺病 许多疾病过程中 可因配体的含量 PH 磷脂膜环境及细胞合成与分解蛋白质的能力等变化引起受体数量及亲和力的继发性改变 其中有的是损伤性变化 有的是代偿性调节 61 人民卫生出版社病理生理学 三 继发性受体异常 一 霍乱霍乱是由霍乱弧菌引起的烈性肠道传染病 霍乱弧菌通过分泌毒性极强的霍乱毒素干扰细胞内信号转导过程 62 人民卫生出版社病理生理学 G蛋白异常与疾病 一 霍乱 霍乱毒素选择性催化Gs 亚基的精氨酸201核糖化 使GTP酶活性丧失 不能将结合的GTP水解成GDP 从而使Gs 处于不可逆性激活状态 不断刺激AC生成cAMP 胞浆中的cAMP含量可增加至正常的100倍以上 小肠上皮细胞内Cl Na 和水持续转运入肠腔 引起严重的腹泻和脱水 63 人民卫生出版社病理生理学 二 肢端肥大症和巨人症 生长激素 GH 是腺垂体分泌的多肽激素 其功能是促进机体生长 GH的分泌受丘脑下部GH释放激素 GHRH 和生长抑素的调节 GHRH与垂体细胞上的受体结合后经激活Gs 导致AC活性升高和cAMP积聚 促进腺垂体分泌GH GH分泌增多可刺激骨骼过度生长 在成人引起肢端肥大症 在儿童引起巨人症 64 人民卫生出版社病理生理学 二 肢端肥大症和巨人症 65 人民卫生出版社病理生理学 编码Gs的基因点突变Gs的GTP酶活性降低Gs持续激活状态 腺垂体 GHRHACcAMPGH骨骼生长过度 巨人症肢端肥大症 儿童 成人 一 NO与IRI 二 NF B与炎症Nuclearfactor kappaB NF B 66 人民卫生出版社病理生理学 胞内信号转导分子 转录因子异常与疾病 67 人民卫生出版社病理生理学 LPS介导的信号转导通路示意图 胞内信号转导分子 转录因子异常与疾病 68 人民卫生出版社病理生理学 TLR4介导的信号转导通路示意图 胞内信号转导分子 转录因子异常与疾病 69 人民卫生出版社病理生理学 炎症细胞活化及炎症介质泛滥的机制示意图 胞内信号转导分子 转录因子异常与疾病 一 非胰岛素依赖性糖尿病同义词 2型糖尿病类型胰岛素受体异常 遗传性 自身免疫性 继发性胰岛素受体后信号转导异常 PI3K IRS 70 人民卫生出版社病理生理学 多个环节细胞信号转导障碍与疾病 71 人民卫生出版社病理生理学 多个环节细胞信号转导障碍与疾病 胰岛素介导的信号转导通路 72 人民卫生出版社病理生理学 多个环节细胞信号转导障碍与疾病 型糖尿病的受体及信号转导异常 二 心肌肥大 特征 心肌细胞增殖 肥大 伴细胞表型改变 胎儿期基因激活及某些功能性基因抑制 原因 1 激素信号 NE AT II ET等 2 生长因子如PDGF FGF等 3 机械性因素 牵拉刺激 73 人民卫生出版社病理生理学 二 心肌肥大 途径 1 MAPK通路 2 PLC PKC通路 3 PI3K通路 4 JAK STAT通路 5 胞内钠 钙浓度 74 人民卫生出版社病理生理学 三 高血压病 特征 血管平滑肌细胞 VSMC 从收缩表型转化为合成表型 VSMC增殖 肥大原因 1 NE AT II ET等 2 生长因子如PDGF 3 机械性因素 75 人民卫生出版社病理生理学 三 高血压病 途径 1 G蛋白介导 2 TPK介导 3 整合素介导 76 人民卫生出版社病理生理学 高血压的细胞信号转导异常 77 人民卫生出版社病理生理学 四 肿瘤 肿瘤细胞信号转导的改变是多成分 多环节的肿瘤的早期主要是与增殖 分化 凋亡有关的基因发生改变 造成调控细胞生长 分化和凋亡信号转导异常 使细胞出现高增殖 低分化 凋亡减弱等特征肿瘤晚期则主要是控制细胞黏附和运动性的基因发生变化 使肿瘤细胞获得了转移性 78 人民卫生出版社病理生理学 四 肿瘤 近年来人们认识到绝大多数的癌基因表达产物都是细胞信号转导系统的组成成分 它们可以从多个环节干扰细胞信号转导过程 导致肿瘤细胞增殖与分化异常 79 人民卫生出版社病理生理学 1 生长因子产生增多 1 自分泌机制在肿瘤发生发展过程中发挥重要作用 2 已证明多种肿瘤组织能分泌生长因子 如TGF FGF PDGF等 而肿瘤细胞通常具有上述生长因子的受体 3 因此肿瘤细胞可通过自分泌机制导致自身的增殖 80 人民卫生出版社病理生理学 1 促细胞增殖的信号转导过强 2 受体的改变 1 某些生长因子受体表达异常增多 大量实验表明 恶性肿瘤常伴有某些生长因子受体表达的异常增多 且其表达量与肿瘤的生长速度密切相关 2 突变使受体组成型激活 已在多种肿瘤组织中证实有RTK的组成型激活突变 这种受体处于配体非依赖性的持续激活状态 能持续刺激细胞的增殖转