1、細胞信號傳導與腫瘤發(fā)生腫瘤的發(fā)生腫瘤的分類n1976年，J. M. Bishop和H. E. Varmus發(fā)現(xiàn)宿主細胞基因組內(nèi)含有與鳥類Rous肉瘤病毒高度同源的src 基因，并首次提出細胞癌基因（cellular oncogene,c-onc），從而分享了1989年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。Harold E. Varmus J Michael Bishop歷史n信號通路（signal pathway）的提出最早可以追溯到1972年，不過那時被稱為信號轉(zhuǎn)換（signal transmission）。n1980年，M. Rodbell在一篇綜述中提到信號轉(zhuǎn)導（signal transduction），

2、此后這個概念就被廣泛使用了。 細胞信號轉(zhuǎn)導的基本過程信號分子(ligand)n化學信號：激素、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽、局部體液因子、細胞的代謝物、外源性的藥物或毒物n物理信號：光、電、機械刺激、細胞之間和細胞與細胞外基質(zhì)間的直接接觸n氣體信號：NO、COn脂溶性: 類固醇激素，甲狀腺激素n水溶性：生長因子等肽類激素接收器 (receiver)n受體 (receptor) 細胞膜上或細胞內(nèi)能識別生物活性分子并與之結合的成分，它能把識別和接受的信號正確無誤地放大并傳遞到細胞內(nèi)部，進而引起生物學效應n能接受信號的其它成分本世紀初本世紀初 “受體受體”概念概念-1955年正式確立年正式確立1951年年 發(fā)現(xiàn)

3、發(fā)現(xiàn)NGF 1960年年 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)EGF 1986年年 諾貝爾生理與醫(yī)學獎諾貝爾生理與醫(yī)學獎1957年年 第二信使第二信使cAMP發(fā)現(xiàn)并提出發(fā)現(xiàn)并提出 1971年年 諾貝爾生理與醫(yī)學獎諾貝爾生理與醫(yī)學獎1957年年 蛋白磷酸化的發(fā)現(xiàn)及分離蛋白磷酸化的發(fā)現(xiàn)及分離 1992年年 諾貝爾生理與醫(yī)學獎諾貝爾生理與醫(yī)學獎20世紀世紀70年代年代 G蛋白發(fā)現(xiàn)和克隆蛋白發(fā)現(xiàn)和克隆 1994年年 諾貝爾生理與醫(yī)學獎諾貝爾生理與醫(yī)學獎20世紀世紀90年代年代 細胞信號轉(zhuǎn)導的網(wǎng)絡研究初見雛形并日趨完善細胞信號轉(zhuǎn)導的網(wǎng)絡研究初見雛形并日趨完善NO偉哥偉哥1997年美國信息研究所年美國信息研究所“熱點科學研究熱點科學

4、研究”論文統(tǒng)計：論文統(tǒng)計：科研項目排行第一科研項目排行第一(一) 受體1.膜受體(membrane receptor)存在于細胞膜上能與胞外信息分子結合，并將信號傳遞至胞漿或核內(nèi)，調(diào)節(jié)靶細胞功能的分子2.核受體(nuclear receptor)位于胞漿或核內(nèi)的受體，激活后作為轉(zhuǎn)錄因子，在核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而誘發(fā)細胞特定的應答反應1. 膜受體nG蛋白偶聯(lián)受體n受體酪氨酸激酶家族n細胞因子受體超家族n絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶型受體家族n死亡受體家族n離子通道型受體n粘附分子受體，n甲狀腺激素受體n維甲酸受體n維生素D3受體家族(二) 能接受信號的其它成分n粘附分子（如鈣粘素、整合素）n離

5、子通道n免疫球蛋白n選擇素概念n信號通路是指能將細胞外的分子信號經(jīng)細胞膜傳入細胞內(nèi)發(fā)揮效應的一系列酶促反應通路。這些細胞外的分子信號（稱為配體，ligand）包括激素、生長因子、細胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)以及其它小分子化合物等。當配體特異性地結合到細胞膜或細胞內(nèi)的受體（receptor）后，在細胞內(nèi)的信號傳遞。 特點1.蛋白磷酸化n各個信號通路中上游蛋白對下游蛋白活性的調(diào)節(jié)（包括激活或抑制作用）主要是通過添加或去除磷酸基團，從而改變下游蛋白的立體構象完成的。所以，構成信號通路的主要成員是蛋白激酶和磷酸酶，它們能夠快速改變和恢復下游蛋白的構象。 n1992年諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予給了Edmond Fis

6、cher 和 Edwin Krebsnfor their discoveries concerning reversible protein phosphorylation as a biological regulatory mechanism特點2. 級聯(lián)放大n從細胞受體接收外界信號到最后做出綜合性應答，不僅是一個信號轉(zhuǎn)導過程，更重要的是將外界信號進行逐步放大的過程。受體蛋白將細胞外信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎麅?nèi)信號，經(jīng)信號級聯(lián)放大、分散和調(diào)節(jié)，最終產(chǎn)生一系列綜合性的細胞應答，包括下游基因表達的調(diào)節(jié)、細胞內(nèi)酶活性的變化、細胞骨架構型和DNA合成的改變等 信號放大的定義n信號轉(zhuǎn)導過程所產(chǎn)生的最終靶物質(zhì)的濃

7、度遠遠高于輸入信號所能達致水平的現(xiàn)象。這是由于輸入的信號通過信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應被逐級放大，并生成對靶物質(zhì)的產(chǎn)生起作用的酶或效應物所造成的結果。常見于G蛋白介導的信號通路。信號的過度放大可能非常有害，因此細胞通過抑制性受體或誘餌受體等對其進行控制。n信號轉(zhuǎn)導與細胞應答模式JAK-STAT5信號通路 nJAK-STAT信號通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一條由細胞因子刺激的信號轉(zhuǎn)導通路，參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學過程。與其它信號通路相比，這條信號通路的傳遞過程相對簡單，它主要由三個成分組成，即n酪氨酸激酶相關受體n酪氨酸激酶JAKn轉(zhuǎn)錄因子STAT。 酪氨酸激酶相關受體（tyrosi

8、ne kinase associated receptor）n許多細胞因子和生長因子通過JAK-STAT信號通路來傳導信號，這些細胞因子和生長因子在細胞膜上有相應的受體。這包括n白介素27（IL-27）、nGM-CSF（粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子）、nGH（生長激素）、nEGF（表皮生長因子）、nPDGF （血小板衍生因子）nIFN（干擾素）等等。共同點n這些受體的共同特點是n受體本身不具有激酶活性n胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結合位點。n受體與配體結合后，通過與之相結合的JAK的活化，來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實現(xiàn)信號從胞外到胞內(nèi)的轉(zhuǎn)遞。 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）

9、nJanus在羅馬神話中是掌管開始和終結的兩面神。之所以稱為兩面神激酶，是因為JAK既能磷酸化與其相結合的細胞因子受體，又能磷酸化多個含特定SH2結構域的信號分子。nJAK蛋白家族共包括4個成員：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它們在結構上有7個JAK同源結構域（JAK homologydomain, JH），其中JH1結構域為激酶區(qū)、JH2結構域是“假”激酶區(qū)、JH6和JH7是受體結合區(qū)域 轉(zhuǎn)錄因子STAT（signal transducer and activator of transcription）nSTAT被稱為“信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子”。顧名思義，STAT在信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄

10、激活上發(fā)揮了關鍵性的作用。目前已發(fā)現(xiàn)STAT家族的六個成員，即STAT1-STAT6。nSTAT蛋白在結構上可分為以下幾個功能區(qū)段：nN-端保守序列、nDNA結合區(qū)nSH3結構域、nSH2結構域nC-端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。n其中，序列上最保守和功能上最重要的區(qū)段是SH2結構域，它具有與酪氨酸激酶Src的SH2結構域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”n細胞因子與相應的受體結合后引起受體分子的二聚化，這使得與受體偶聯(lián)的JAK激酶相互接近并通過交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。nJAK激活后催化受體上的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化修飾，繼而這些磷酸化的酪氨酸位點與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點”（docking

11、 site），同時含有SH2結構域的STAT蛋白被招募到這個“停泊位點”。n最后，激酶JAK催化結合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內(nèi)與靶基因結合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄3) JAK-STAT信號通路與白血病nJAK-STAT信號通路功能廣泛，目前許多研究都集中于免疫反應與免疫調(diào)控。結合最新一期癌細胞（Cancer Cell ）雜志刊登有關STAT5信號與白血病JMML的關系，下面我們將著重介紹JAKSTAT信號通路與白血病的發(fā)病機制。n白血病是造血組織的惡性疾病， 又稱“血癌”，是我國最常見的惡性腫瘤之一。該病居年輕人所患惡性疾病中的首位。與正常的造血

12、細胞相比，白血病細胞表現(xiàn)出截然相反的生物學特性。正常造血細胞在細胞因子的作用下不斷分化成熟，而白血病細胞則表現(xiàn)為分化過程受阻，進而無限制地增殖，這提示細胞內(nèi)信號通路的異常在白血病形成中起著重要的作用。n在白血病細胞中普遍存在著JAK-STAT信號通路的持續(xù)激活，因此，STAT蛋白也就成為重點檢測的指標之一。STAT分子的過量表達往往出現(xiàn)在很多惡性增殖性疾病中，而造血系統(tǒng)的腫瘤（包括白血病和淋巴瘤）中STAT家族被活化的種類最多，例如STAT1、STAT3和STAT5就是白血病中最常見的持續(xù)激活的信號蛋白。n我們已經(jīng)在人體白血病細胞中發(fā)現(xiàn)了很多JAK 基因的點突變，其中的一些點突變造成激酶JAK

13、持續(xù)激活STAT蛋白。最典型的例子就是JAK2V617F突變（蛋白JAK2第617位的纈氨酸突變成苯丙氨酸）造成JAK-STAT信號通路的異常激活。p53信號通路np53 基因受多種信號因子的調(diào)控。例如：當細胞中的DNA損傷或細胞增殖異常時，p53 基因被激活，導致細胞周期停滯并啟動DNA修復機制，使損傷的DNA得以修復酵母雙雜交系統(tǒng)n將待研究的兩種蛋白質(zhì)的基因分別克隆到酵母表達質(zhì)粒的轉(zhuǎn)錄激活因子(如GAL4等)的DNA結合結構域基因和GAL4激活結構域基因，構建成融合表達載體，從表達產(chǎn)物分析兩種蛋白質(zhì)相互作用的系統(tǒng)。 n雙雜交系統(tǒng)的建立得力于對真核生物調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始過程的認識。 細胞起始基因轉(zhuǎn)

14、錄需要有反式轉(zhuǎn)錄激活因子的參與。 80年代的工作表明, 轉(zhuǎn)錄激活因子在結構上是組件式的(modular), 即這些因子往往由兩個或兩個以上相互獨立的結構域構成, 其中有DNA結合結構域(DNA binding domain, 簡稱為DB)和轉(zhuǎn)錄激活結構域(activation domain, 簡稱為AD), 它們是轉(zhuǎn)錄激活因子發(fā)揮功能所必需的。 單獨的DB雖然能和啟動子結合, 但是不能激活轉(zhuǎn)錄。 而不同轉(zhuǎn)錄激活因子的DB和AD形成的雜合蛋白仍然具有正常的激活轉(zhuǎn)錄的功能。 nMDM2是一種特異性針對p53的泛素化E3連接酶，它可直接與p53蛋白結合來促進p53蛋白的泛素化降解，并在細胞內(nèi)p53蛋

15、白動態(tài)平衡中發(fā)揮關鍵的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的負反饋調(diào)節(jié)因子（negative feedback regulator）n目前看來，在腫瘤形成的復雜網(wǎng)絡和調(diào)控體系中，p53是最主要的因素。有人認為p53是很好的腫瘤診斷標志物，可以作為癌癥早期診斷的重要指標。認識到p53 基因的重要作用后，全世界數(shù)以千計的分子生物學家正在拋開原來的課題轉(zhuǎn)而研究p53，希望以此作為攻克癌癥的突破口。科學家相信，利用p53 基因發(fā)現(xiàn)并治療癌癥的前景非常廣闊。除了基因治療，研究人員正在篩選可以影響p53 基因上下游調(diào)控的小分子化合物。n羅氏制藥公司開發(fā)的一種名為nutli

16、ns的小分子化合物，能夠干擾p53和MDM2之間的調(diào)控關系，有望成為一種有效的抗癌藥物。針對P53的治療n其中美國Introgen Therapeutics公司曾經(jīng)在1996年得到過非常好的臨床實驗結果。 n直到2004年，使用腺病毒載體治療頭頸部腫瘤的p53基因療法才在中國獲得批準，這也是迄今為止第一個獲批的能夠常規(guī)用于人體臨床治療的基因治療方法。但是我們?nèi)匀恍枰獣r間對這種療法做出最終的抉擇。n眾多的患者和科學家也都在熱切期盼Introgen Therapeutics公司開發(fā)的新型腺病毒p53基因治療產(chǎn)品Advexin的III期臨床實驗結果。 腺病毒載體n腺病毒載體轉(zhuǎn)基因效率高，體外實驗通常

17、接近100的轉(zhuǎn)導效率；可轉(zhuǎn)導不同類型的人組織細胞，不受靶細胞是否為分裂細胞所限；容易制得高滴度病毒載體，在細胞培養(yǎng)物中重組病毒滴度可達（10E11）/ml；進入細胞內(nèi)并不整合到宿主細胞基因組，僅瞬間表達，安全性高。因而，腺病毒載體在基因治療臨床試驗方面有了越來越多的應用，成為繼逆轉(zhuǎn)錄病毒載體之后廣泛應用且最具前景的病毒載體。n典型的腺病毒載體系統(tǒng)如：穿梭質(zhì)粒pCA13/腺病毒基因組質(zhì)粒pBHG11/包裝細胞293細胞。npCA13表達盒的插入使腺病毒E1基因缺失；npBHG11則保留了腺病毒基因組的絕大部分，但是缺失E1區(qū)及其他區(qū)域n293細胞是整合有Ad5 E1基因的人胚腎細胞系。npBHG

18、11因為缺失包裝信號及E1區(qū)而不能復制，pCA13帶有包裝信號及E1的側翼序列，但是缺失E1區(qū)及腺病毒絕大部分基因組，同樣不能復制。外源目的基因插入pCA13后，與pBHG11共轉(zhuǎn)染，進入293細胞。pCA13與pBHG11在細胞內(nèi)發(fā)生同源重組，同時，293細胞提供E1蛋白，從而包裝產(chǎn)生腺病毒顆粒。該病毒的蛋白質(zhì)外殼同野生型腺病毒相似，具有同樣的感染力進入靶細胞的能力，但是基因組DNA的E1區(qū)被外源目的基因取代，即進入靶細胞后病毒不能復制，但可以表達目的蛋白。 3 NF- B信號信號n1975年，E. A. Carswell和L. J. Old等人發(fā)現(xiàn)已接種卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中產(chǎn)生了一種可引起動物腫瘤組織出血壞死的物質(zhì)，該物質(zhì)對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細胞株都具有細胞殺傷作用，于是他們將這種物質(zhì)命名為腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor, TNF）。TNF是迄今發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤效果最強的細胞因子。nTNF是一種糖蛋白，它以兩種形式存在：TNF-和TNF-。nTNF-由單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，它可引起腫瘤組織出血壞死，而脂多糖Lipopolysaccharides, LPS）是較強的刺激劑。nTNF-是一種淋巴因子，又稱淋巴毒素（lymphotoxin, LT）。抗原或絲裂原均可刺激T淋巴細