科研搬运工-引自解螺旋通路圆满

昕 · 发表于 2022.4.18 22:53:30

本帖最后由昕于 2022.4.18 23:00 编辑

9条最常见通路的常识和标志物

信号通路Signalingpathway/Signal transduction。特点是可仅凭一人之力就撑起了分子机制的整个天下。通路的本质在于分子变量，是由一组已知的、且确定上下游信号传导关系的明星分子所组成的。显然，每一个通路都有代表性的标（Biomarkers），因而只要弄清楚它们就可以见微知著了。

信号通路基本常识

生物界的信号有三类：物理信号、化学信号和生物信号，而人体自身的信号转导主要依赖的是生物信号，比如内分泌系统的激素、神经系统的神经递质以及通过旁分泌或自分泌产生的细胞因子等。而信号作用于细胞后会有5种常见的结局：促进代谢，细胞分裂，细胞分化，细胞死亡或者其他——激活某一种特定的细胞功能。

通常信号通路包含三个基本的构成元件：

1）配体（ligand）和受体（receptor）。当配体特异性地结合到细胞膜或细胞内的受体后，可通过构象改变以及蛋白磷酸化修饰对下游一系列蛋白进行激活或抑制调节，将外界信号级联放大，最终产生综合性的细胞应答反应。

2）蛋白激酶（kinase）。它可将ATP的磷酸基转移到底物某个蛋白的特定氨基酸残基上去，从而快速改变下游蛋白的构象，是常规信号通路中传递信息的最主要的蛋白类型。激酶中最主要的两类是酪氨酸激酶(PTK)和丝氨酸/苏氨酸激酶(STK)。

3）转录因子（transcriptionfactor）。它是一类DNA结合蛋白，可参与调控基因转录过程，成为了胞内的第三信使。而第一信使是胞外的配体，第二信使是配体受体结合后激活的胞内信号分子，如环磷腺苷（cAMP）、环磷鸟苷（cGMP）、Ca2+等，有助于信号向胞内进行传递。

9条炙手可热的信号通路

现阶段，科研中研究最为火热的信号通路共有9种，分别是NF-κB、PI3K/AKT、MAPK、JAK-STAT、TGF-β、Wnt、Notch、Hedgehog和Hippo通路。跨越通路学习的初级阶段时，无需深挖各种细节，只需把握路通中最关键的几个biomarker即可。

1.NF-κB信号通路

NF-κB蛋白通常会由p65和p50形成同源/异源二聚体，在胞质中因与抑制蛋白IkB结合形成了三聚体复合物而处于失活状态。当上游信号因子TNF结合到细胞膜表面受体后，受体构象改变并将信号传递给IKK激酶（IkB kinase），进而使IkB蛋白磷酸化并将其从三聚体中解离出来。

随后NF-κB二聚体暴露出核定位序列（NLS），迅速从细胞质进入细胞核内，与核内DNA上的特异序列相结合，促进相关基因的转录，比如CyclinD1、c-Myc、MMP-9、VEGF等。因而该通路的持续激活会导致细胞生长失控。

2.PI3K/AKT信号通路

该通路的Biomarker是PI3K和Akt的总蛋白以及磷酸化蛋白。PI3K（磷脂酰肌醇激酶）是由调节亚基p85和催化亚基p110构成二聚体。当它与生长因子受体（如EGFR）结合后，可改变Akt的蛋白结构并使其活化，并以磷酸化作用激活或抑制下游一系列底物如凋亡相关蛋白Bad、Caspase9活性，从而调节细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移等表型。另外，Akt也可激活IKK，与NF-kB通路存在cross-talk。

PI3K/Akt下游靶点是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），而mTOR的下游转录因子则包括了HIF1α、c-Myc、FoxO等明星分子。值得注意的是，抑癌蛋白PTEN作为磷酸酶，可使Akt去磷酸化而减少活化，可阻止所有由Akt调控的下游信号传导事件，是PI3K的负向调节因子。

3.MAPK信号通路

MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）通路有三级的信号传递过程：MAPK，MAPK激酶（MEK或MKK）以及MAPK激酶的激酶（MEKK或MKKK）。这三种激酶能依次激活，共同调节着细胞的生长、分化、应激、炎症反应等多种重要的生理/病理效应。

MAPK通路有4种主要的分支路线：ERK、JNK、p38/MAPK和ERK5。其中，JNK和p38功能相似，跟炎症、凋亡、生长都有关；ERK主要管细胞生长、分化，其上游信号是著名的Ras/Raf蛋白。且分支路线所使用3种激酶都是不同的，可作为通路中的Biomarker。

4.JAK-STAT信号通路

JAK-STAT由三个部分组成：接收信号的酪氨酸激酶相关受体、传递信号的酪氨酸激酶JAK和产生效应的转录因子STAT。其中，磷酸化的JAK和STAT蛋白表达都是重要的Biomarker。

当多种细胞因子/生长因子与受体结合后可以磷酸化激活JAK，可磷酸化下游靶蛋白的酪氨酸残基，招募并磷酸化转录因子STAT，使其以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控下游基因的转录，调节细胞的增殖、分化、凋亡过程。

但值得注意的是，这些膜受体本身不具有激酶活性，但它的胞内段却存在于酪氨酸激酶JAK有结合位点，而这也是因为JAK是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。

5.TGF-β信号通路

通常TGF-β信号通路的下游的效应转录因子是SMAD。该通路的信号来源有两类：TGF-β1/2/3和BMP（骨形态发生蛋白）。要检测TGF-β通路活性一般检测TGF-β、TGF-β的受体、SMAD或者是BMP即可。此外，TGF-β通路和很多通路也存在cross-talk。

6.Wnt信号通路

TGF-β和Wnt都是调节上皮间质转化EMT的至关重要通路。一般Wnt通路主要指的是由β-Catenin介导的经典信号通路。β-Catenin是检测Wnt是否激活的一个重要Biomarker。

而在跨膜受体FZD蛋白家族接收Wnt信号后，可通过下游蛋白激酶的磷酸化作用抑制β-Catenin的降解活性，随后胞浆中稳定积累的β-Catenin进入细胞核后结合TCF/LEF转录因子家族，启动下游靶基因的转录。

7.Notch信号通路

Notch跟以上通路的两个显著区别：1）Notch的受体和配体都是膜蛋白，它介导的是两个细胞相互靠近接触之后的活化效应，而不是由分泌型的蛋白作为配体。2）Notch通路不是通过激酶磷酸化逐步活化传递信号，它是Notch通过三步蛋白酶切水解，把有转录调节活性的Notch蛋白片段（NICD或ICN）释放出来，再与转录因子CSL结合，调节下游基因表达。

8.Hedgehog信号通路

Hedgehog通路的配体就是Hh蛋白，需要经过一系列加工才有活性。Hedgehog通路的受体有两种，一种是Ptc，一种叫Smo。该通路的特点是内部具有反馈调节机制——正常情况下Smo是正向激活转录因子，但另一个受体Ptc能抑制Smo蛋白活性，可抑制下游通路，实现自我调节。Hedgehog通路的转录因子是Gli蛋白家族，有几种不同亚型，Gli1是常见的检测对象。另，这个通路与Wnt、Notch通路的cross-talk也是非常密切的。

9.Hippo信号通路

Hippo通路由一组保守的激酶组成，上游的膜蛋白受体感受到胞外环境的信号后，经过一系列激酶的磷酸化反应，最终作用于下游效应因子YAP和TAZ。YAP/TAZ具有转录调节功能，能对细胞表型精细调控。

Hippo通路调控细胞的增殖、分化以及凋亡过程，其作用机制要么直接作用于这些表型的关键分子，要么与其他通路如Notch、Wnt、MAPK发生cross-talk。